研究人员开发了可在300摄氏度下运行的氢化钻石电路

2019-10-15 17:47:14

当风车和太阳能电池板等发电机将电能传输到房屋,企业和电网时,它们将损失近10%的发电量。为了解决这个问题,科学家正在研究新的金刚石半导体电路,以使功率转换系统更高效。

来自日本的一组研究人员成功地使用氢化金刚石(H金刚石)在功率转换系统中制造了关键电路。此外,他们还证明了其在高达300摄氏度的温度下也能正常工作。这些电路可用于基于金刚石的电子设备,该设备比基于硅的设备更小,更轻,更高效。研究人员本周在AIP Publishing的Applied Physics Letters中报告了他们的发现。

硅的材料特性使其成为大功率,高温和高频电子设备中电路的不佳选择。日本国立材料科学研究所研究员,论文的合著者刘江伟说:“对于大功率发电机,钻石更适合于制造体积小,功耗低的功率转换系统。”

在当前的研究中,研究人员测试了H型钻石NOR逻辑电路在高温下的稳定性。在计算机中使用的这种类型的电路仅在两个输入均为零时才提供输出。该电路由两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)组成,这些晶体管用于许多电子设备以及诸如微处理器之类的数字集成电路中。2013年,Liu及其同事是第一个报告制造E模式H金刚石MOSFET的人。

当研究人员将电路加热到300摄氏度时,它可以正常工作,但在400摄氏度时失效。他们怀疑较高的温度导致MOSFET击穿。但是,更高的温度是可以实现的,因为另一个小组报告了在400摄氏度下成功运行类似的H金刚石MOSFET的操作。为了进行比较,基于硅的电子设备的最高工作温度约为150度。

将来,研究人员计划通过改变氧化物绝缘体和修改制造工艺来提高电路在高温下的稳定性。他们希望构建H金刚石MOSFET逻辑电路,该逻辑电路可以在500摄氏度以上,2.0伏特的电压下工作。

美国国立材料科学研究所所长,论文的共同作者之一小井康夫说:“金刚石是下一代电子产品的候选半导体材料之一,专门用于提高节能效果。” “当然,为了实现工业化,必须开发英寸尺寸的单晶金刚石晶片和其他基于金刚石的集成电路。”

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