鉆石或成為理想半導體材料

　　最新研究發(fā)現，鉆石不僅是‘女孩子最好的朋友’，也具備了成為半導體理想材料的特性。這對于電子行業(yè)來(lái)說(shuō)無(wú)疑是好消息，因為半導體對于電源傳輸與轉換的效率要求越來(lái)越高。

　　電子行業(yè)總處于“饑渴”狀態(tài)，需要越來(lái)越多的電源供電，而且幾乎每一臺家電或者其他電子設備都會(huì )有一套電源模塊來(lái)傳輸、轉換和控制電源?，F在研究者們在單晶鉆石摻雜方面取得重要進(jìn)展，這是使鉆石成為制造電子器件材料的關(guān)鍵一步。

　　“我們要讓設備按我們的需求來(lái)處理電源?！巴箍敌谴髮W(xué)麥迪遜分校(Univerity of Wisconsin-Madison)電子與計算機工程教授馬正強(音)說(shuō)道。馬教授和他的同事們將鉆石摻雜的新方法發(fā)表在美國物理學(xué)會(huì )出版的《應用物理》期刊上。

　　鉆石可能是功率器件最理想的材料。鉆石導熱性很好，因此鉆石材料制造的器件散熱性會(huì )非常好。為了散熱，傳統功率器件通常需要加裝又大又貴的散熱器(例如散熱片或者風(fēng)扇)，使用鉆石材料將降低功率器件的散熱成本。鉆石材料也特別適用于高壓高功率應用，電流在鉆石材料中傳輸更快，因此使用鉆石材料的器件能源效率會(huì )更高。

　　不過(guò)利用鉆石來(lái)制造半導體的最大難題在于摻雜，因為鉆石的晶體結構很規整，所以摻雜非常困難。

　　可以通過(guò)加硼(boron)涂層的方式，把鉆石加熱到1450℃來(lái)進(jìn)行摻雜。不過(guò)這種方法的缺點(diǎn)是摻雜完以后硼涂層很難去除。而且這種方法只適合多晶鉆石，但多晶鉆石各晶體之間呈現不規則狀態(tài)，在性能上不如單晶鉆石。

　　傳統單晶鉆石摻雜的方法是在人工生長(cháng)晶體時(shí)注入硼原子，這種方法需要采用強力微波來(lái)注入硼原子，所以會(huì )降低晶體的質(zhì)量。

　　馬教授和他同事們發(fā)現的摻雜單晶鉆石的方法，可以在相對較低的溫度下完成，并且不會(huì )降低晶體的質(zhì)量。他們發(fā)現如果把一個(gè)單晶鉆石與摻雜了硼材料的半導體硅片綁定在一起，然后加熱到800℃，硼原子會(huì )從半導體遷移到鉆石中去。最后，由于硼原子跑到了鉆石中，半導體硅片出現了空穴，而鉆石中的碳原子會(huì )填充這些空穴。

　　該技術(shù)可實(shí)現選擇性摻雜，這就意味著(zhù)在制造器件時(shí)可以有更多的控制，想要摻雜哪個(gè)區域，只要在摻雜時(shí)把單晶鉆石固定到對應的區域即可。

　　不過(guò)這種新方法現在只適合P型摻雜，”我們覺(jué)得我們找到一種既容易又便宜，而且很有效的方法來(lái)進(jìn)行鉆石摻雜?！榜R教授說(shuō)道，他們已經(jīng)開(kāi)始利用單晶鉆石摻雜P型半導體來(lái)制造一個(gè)簡(jiǎn)單的器件。

　　但是要制造晶體管這種電子器件，還需要能夠實(shí)現N型摻雜。此外，單晶鉆石摻雜還有一些其他的瓶頸，例如鉆石很貴，單晶鉆石尺寸又太小。

　　不過(guò)馬教授仍然認為P型摻雜的成功是很重要的一步，也許會(huì )激發(fā)別的研究者來(lái)解決單晶鉆石摻雜的其余挑戰。最后，馬教授表示，單晶鉆石是包括發(fā)電企業(yè)輸電在內的所有功率應用的完美選擇。