鉆石或成為理想半導(dǎo)體材料

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

　　電子行業(yè)總處于“饑渴”狀態(tài)，需要越來越多的電源供電，而且?guī)缀趺恳慌_家電或者其他電子設(shè)備都會有一套電源模塊來傳輸、轉(zhuǎn)換和控制電源?，F(xiàn)在研究者們在單晶鉆石摻雜方面取得重要進展，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(shè)備按我們的需求來處理電源。“威斯康星大學(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)會出版的《應(yīng)用物理》期刊上。

　　鉆石可能是功率器件最理想的材料。鉆石導(dǎo)熱性很好，因此鉆石材料制造的器件散熱性會非常好。為了散熱，傳統(tǒng)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(yīng)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更高。

　　不過利用鉆石來制造半導(dǎo)體的最大難題在于摻雜，因為鉆石的晶體結(jié)構(gòu)很規(guī)整，所以摻雜非常困難。

　　可以通過加硼(boron)涂層的方式，把鉆石加熱到1450℃來進行摻雜。不過這種方法的缺點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(xiàn)不規(guī)則狀態(tài)，在性能上不如單晶鉆石。

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

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

　　該技術(shù)可實現(xiàn)選擇性摻雜，這就意味著在制造器件時可以有更多的控制，想要摻雜哪個區(qū)域，只要在摻雜時把單晶鉆石固定到對應(yīng)的區(qū)域即可。

　　不過這種新方法現(xiàn)在只適合P型摻雜，”我們覺得我們找到一種既容易又便宜，而且很有效的方法來進行鉆石摻雜。“馬教授說道，他們已經(jīng)開始利用單晶鉆石摻雜P型半導(dǎo)體來制造一個簡單的器件。

　　但是要制造晶體管這種電子器件，還需要能夠?qū)崿F(xiàn)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。

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