@ 2016.05.27 , 16:04

人工合成单晶钻石取得新突破

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钻石,除了是女人的最爱,还是一种理想的半导体。这个发现对电子元件来说是个好新闻。人们为了制作电子元件,一直以来都在追求更加高效的半导体。

对电子元件的需求看起来永远不会停止。几乎所有的电器和电子设备都需要一整套的电子元件来控制电流。现在,研究者在合成单晶钻石的路上迈进了一大步。这对制造电子设备来说相当重要。

Wisconsin-Madison大学,电子计算机工程专业的教授--马争强(Zhengqiang Ma)表示: “我们需要各种设备来以我们希望的方式控制电流。” 他和他的同事在Journal of Applied Physics杂志上公布了他们的新方法。

在电子电力学领域,钻石算得上是完美材料。钻石是一种热导体,这意味着钻石可以在短时间内把热量散发出去,因此也就不需要庞大且昂贵的散热措施了。钻石还可以承受很高的电压电流。电子流过钻石的速度也很快,这提高了电子元件的能效。

然而,对于制造基于钻石的电子设备来说,参杂依然是个挑战。参杂是半导体制造工艺中,为纯的本征半导体引入杂质,使之电气属性被改变的过程。钻石的晶体结构太稳定了,这使得参杂变得极为困难。

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目前,为了给钻石参杂,人们需要给钻石晶体包上一层硼,同时将其加热至1450摄氏度。但是,参杂结束后,人们没法移除包裹在外的硼。而且,这个方法只适用于多晶钻石,因为多个晶体间存在着不规则的间隙。单晶钻石可没有这些间隙。

为了给单晶钻石参杂,人们还可以在人工合成钻石的过程中,直接注入硼原子。这么做的话需要高功率的微波,可是高功率微波会降低钻石的质量。

现在,马教授和他的同事已经找到了给单晶钻石参杂硼的办法。他们不需要高温,也不会降低钻石的质量。研究者们发现,先把单晶钻石固定在一块已经参杂了硼的硅之上,然后把他们加热到800摄氏度(这对现在的技术来说并不算高温)。硼原子会自己从硅晶体中转移到钻石中。研究显示,参了硼的硅晶体中存在某种缺陷,在某些节点上缺失硅原子。所以,钻石中的碳原子会填补这些缺失的位置,这样单晶钻石中就有了位置留给硼原子。

这个技术支持选择性参杂,这意味着更灵活的设备制造方式。你只需要在你想要参杂的位置放上参硼硅就好了。

可是这种方法只能用于P型参杂。P型参杂给半导体增加了正电子空穴。

“我们认为我们已经找到了简单、便宜、高效的方法来制作钻石基的元件。”马教授说到。研究小组已经在制备单晶钻石的半导体了。

但是,想要制作完整的电子设备,还需要N型参杂的半导体。马教授坚称P型参杂的成功对其他的挑战具有启发意义。最终,单晶钻石将成为完美的半导体材料。

本文译自 phys.org,由译者 hongye 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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