Silicon var būt atslēga, kā padarīt dimantus pusvadītājus par realitāti

Our Miss Brooks: English Test / First Aid Course / Tries to Forget / Wins a Man's Suit (Jūnijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Silicon var būt atslēga, kā padarīt dimantus pusvadītājus par realitāti


Pētnieki no Teksasas universitātes Arlingtonā un Viskonsinas-Madisonas universitātē ir kolektīvi atklājuši jaunu dimantu dopinga metožu

Pēc jauno atjaunojamo energoresursu parādīšanās un pieaugošā pieprasījuma, kas nepieciešams, lai efektīvi pārveidotu un piegādātu šādu enerģiju, ievērojami palielinājies spēku elektronikas tirgus izpēte. Zinātnieki un pētnieki cenšas padarīt mūsu pašreizējās tehnoloģijas mazākas un ātrākas.

Tomēr viņiem ir radušies vairāki jautājumi ar būtiskiem ierobežojumiem, kas tieši saistīti ar jaudas veiktspēju un efektivitāti. Ir notikusi pakāpeniska pāreja no materiālu palielināšanas līdz to aizstāšanai, jo tās kļūst fiziski optimizētas.

Silīcija pusvadītāju valdīšana

Vairāk nekā pusstadsimts silīcijs ir bijis labvēlīgs pusvadītāju materiāls un joprojām veido gandrīz 95% no tirgus. Diemžēl uz silīcija bāzes tehnoloģiju attīstību ierobežo silīcija fiziskā daba. Pašlaik tirgū pieejamie materiāli un ierīces gandrīz ir ideāli piemēroti izmēram un ātrumam, atstājot maz iespēju uzlaboties. Vairāk redzamās problēmas, kas saistītas ar silīcija bāzes elektroniku, ir siltuma pārvaldība.

Silīcija kristāliska struktūra ar bora piedevām. Attēla pieklājīgi no Rīsu universitātes.

Nozare, kuru meklējusi, ir materiāls, ko var izmantot kā silīcija alternatīvu, bet kas ir ātrāk, mazāks, mazāk karsts un daudz spēcīgāks. Par laimi ir materiāls, kas var labāk darboties visos šajos kritiskajos pusvadītāju materiāla aspektos: dimants.

Diamond Semiconductors Research

Pēdējā desmitgadē dimants ir palielinājies apelācijas dēļ, pateicoties tā augstākajām elektriskajām īpašībām, un tiek uzskatīts par labāko kandidātu izmantošanai spēka elektronikas nozarē.

Salīdzinājumā ar silīcija ekvivalentu dimants potenciāli var pārsniegt jebkura silīcija materiāla relatīvo efektivitāti attiecībā uz spēka elektroniku. Diamonds var darboties kā platleņķa pusvadītājs, tam ir augsta kritiskā lauka temperatūra attiecībā uz supravadītājiem, tai ir labāka pārvadātāju mobilitāte un, galvenokārt, tai ir vislielākais siltuma caurlaidības potenciāls no jebkura pieejamā materiāla.

Image pieklājīgi no Evince Technology.

Problēma, ar kuru zinātnieki ir izmantojuši dimantu, ir fakts, ka dimanta ar bora kristālu dopings prasa metodes, kas siltā dimantu līdz 1450 grādiem pēc Celsija. Jautājums bija tāds, ka pēc dopinga lietošanas vajadzēja noņemt lieko bora daudzumu. Turklāt šī metode darbojas efektīvi tikai ar dimantiem, kuros ir daudz kristālu, kas ir bloķēti vienotā kristālā. Diamonds, kas sastāv no polikristāliskām struktūrām, kristāliskajā struktūrā parasti ir pretrunā, kas padara tos grūtāk strādāt.

Dopinga vienreizējie kristālisks dimanti

Nesen izdotais pētījums publicēts Lietišķās fizikas žurnālā, kurā aprakstīta jauna dimantu kristālu dopinga metode, kas būtiski palielina to potenciālu kā pusvadītāju.

Kā aprakstīts viņu rakstā, komanda, kas sastāv no Teksasas universitātes Arlingtonā un Viskonsinas-Madisonas universitātē, ir veikusi kolektīvus atklājumus ar jaunu dimantu dopinga metodi. Komandas parādīja vienkāršu un efektīvu metodi monokristālu dimantu (SCD) selektīvai dopēšanai, izmantojot siltuma difūziju ar ievērojami zemāku siltumu nekā pašreizējās tehnikas.

Metodes slepenā sastāvdaļa izrādās silīcijs no visām lietām. Komanda atklāja, ka, ja viņi piesaistītu SCD ar silīciju, kas jau bija pieskāries ar boru un uzsildīts līdz astoņiem simtiem grādiem pēc Celsija, bors pāriet no silīcija uz dimantu. Tas notiek, pateicoties dimantu dabiski mainīgajam ogleklim, kas atstāj spraugas, lai bora atomi aizpildītu.

Viena kristāliska dimanta plāksne. Ieliktnis: metāla anods uz leģētā silīcija. Attēlu kredīts: Jung-Hun Seo. Attēla pieklājīgi no AIP Publishing.

Aprakstā aprakstītā metode attiecas tikai uz p tipa pusvadītājiem; jauna metode n-tipa pusvadītāju dopinga lietošanai joprojām ir izeja.

Komanda plāno koncentrēties uz ražošanu no p-tipa SCD ierīcēm. Tomēr, ja pētnieki plāno izveidot sastāvdaļas, piemēram, tranzistoru, tad ir jāizmanto arī n tipa pusvadītāju dopings.