由合成化學氣相沉積金剛石制成的光電導開關正在測試中
談到半導體行業，硅在電子領域占據了主導地位，但它的物理極限已接近尾聲。為了更有效地為電網，機車甚至電動汽車供電，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的科學家正在將鉆石作為超寬帶隙半導體。
金剛石被證明具有優異的載流子遷移率，擊穿電場和導熱率，這是電力電子設備最重要的特性。在開發用于生長高質量單晶的化學氣相沉積(CVD)工藝之后，這尤其令人期望。
研究小組探索了這種人造鉆石的性能，這些鉆石的質量要高于天然鉆石。“在電子領域，你可以把它壓成具有所需性能的器件純物質開始，” LLNL的物理學家Paulius Grivickas說，應用物理快報主要論文作者。
在光電導器件中，電導率和頻率響應的最佳組合是通過引入雜質來控制載流子復合壽命的。研究人員發現，在鉆石中，電子輻照是一種廉價且簡便的替代方法，通過輻照將晶格原子撞掉而產生復合缺陷的。
我們對自己說，“讓我們把這種高質量的CVD金剛石純凈并進行輻照，看看我們是否可以調整載體壽命。最終，我們確定了哪種輻射缺陷決定了載流子的壽命，以及該缺陷在技術相關溫度下的退火狀態下的表現如何。”Grivackas說。
以此方式生產的光電導金剛石開關可用于例如電網中，以控制電流和電壓浪涌，從而使設備無法正常工作。Grivickas說，當前的硅開關體積大而笨重，但是基于鉆石的開關可以用一個可以放在指尖上的設備完成同樣的事情。
該研究還應用于能量輸送系統，該團隊證明了兆瓦級射頻功率產生的可能性，這需要優化鉆石的高頻響應。Livermore的工程師Lars Voss和Adam Conway以及立陶宛維爾紐斯大學，白俄羅斯國立大學和白俄羅斯國家科學院的研究人員進行了這項工作。
該研究由LLNL的實驗室指導研究與開發計劃資助。
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