金剛石基邏輯電路：尺寸更小、更耐高溫

硅，是一種較為常見且廣泛使用的半導(dǎo)體材料。但是，對(duì)于高功率、高溫度、高頻率的電子器件來(lái)說(shuō)，硅材料受其自身特性的制約，成為了一個(gè)較差的選擇。為了解決上述問(wèn)題，科學(xué)家們正在研究采用新型金剛石半導(dǎo)體電路而讓電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)更高效。

日本國(guó)立材料科學(xué)研究所的科研團(tuán)隊(duì)采用氫化金剛石(H-diamond)成功制造出一種電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的關(guān)鍵電路。他們更進(jìn)一步地演示了，這種電路可在達(dá)300攝氏度的高溫下運(yùn)行。這些電路可用于金剛石基的電子器件，比硅基電子器件更小、更輕、更高效。最近，研究人員將他們的研究成果發(fā)表于美國(guó)物理聯(lián)合會(huì)(AIP)出版的《應(yīng)用物理快報(bào)(Applied Physics Letters)》雜志。

這項(xiàng)研究中，研究人員在高溫條件下，測(cè)試了氫化金剛石“或非”(NOR)邏輯電路的穩(wěn)定性。這種電路應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中時(shí)，只有當(dāng)兩個(gè)輸入都是零的時(shí)候才會(huì)有輸出。該電路由兩個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFETs)組成。MOSFET在許多電子器件以及數(shù)字集成電路中都有使用，例如微處理器。2013年，Liu 及其同事最先報(bào)告了這種增強(qiáng)型氫化金剛石 MOSFET。

當(dāng)研究人員將電路加熱至300攝氏度，它可以正確工作，但400攝氏度時(shí)就失效了。他們懷疑，更高的溫度引起MOSFET崩潰。然而，更高的溫度也并不是“高不可攀”，另外一個(gè)科研小組就報(bào)告了相似的氫化金剛石MOSFET可以在400攝氏度高溫下成功運(yùn)行。相比而言，硅基電子器件的最高操作溫度是150攝氏度。

日本國(guó)立材料科學(xué)研究所的研究員、論文合著者之一的Jiangwei Liu 表示：“對(duì)于高功率發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，金剛石更適合制造小尺寸、低功耗的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)?！比毡緡?guó)立材料科學(xué)研究所的主任、論文合著者之一 Yasuo Koide 表示：“金剛石是下一代電子器件的候選材料之一，特別是對(duì)于節(jié)能來(lái)說(shuō)。當(dāng)然，開發(fā)英寸級(jí)的單晶金剛石晶圓和金剛石基的其他集成電路，對(duì)于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化而言非常有必要。”

未來(lái)，研究人員計(jì)劃通過(guò)改變氧化物絕緣體以及制造工藝，提高電路在高溫條件下的穩(wěn)定性。他們希望制造出可以在500攝氏度和2千伏條件下運(yùn)行的氫化金剛石MOSFET邏輯電路。 (百度新聞)