Diamonds Vie заменит кремний как следующий полупроводниковый материал
Исследователь профессор Муцуко Матано и Tokyo Tech планируют использовать алмазы в качестве следующего полупроводника мощности и сенсора.
Следующий скачок в полупроводниках
Увеличение возможностей современных чипов часто упрощается до того, сколько транзисторов может поместиться на кусок полупроводника. Вот почему самые большие имена в производстве полупроводников, включая Intel и AMD, постоянно пытаются уменьшить размер транзисторов. Однако это сокращение может продолжаться только до тех пор, пока становится невозможным сделать транзисторы меньшими или больше не финансово жизнеспособными для этого.
Эта проблема создала очень реальную потребность в поиске следующего полупроводникового материала, который мог бы открыть дверь для продолжения продвижения (и, следовательно, для более быстрых и лучших устройств).
Silicon хорошо зарекомендовал себя в технологической отрасли, но его дни, когда материал для полупроводников может быть пронумерован.
Кремний, чудесный материал. Изображение предоставлено Massimiliano Lincetto (собственная работа) (CC BY-SA 4.0)
Поиски замены кремния в качестве полупроводника продолжаются уже много лет. Недавно исследователи исследовали нарезание углеродных нанотрубок в качестве замены кремния или использование изоляционных MOF в качестве альтернативного полупроводника. Другие команды сосредотачивают свои усилия на обходе полупроводникового материала в целом с метаматериалами, которые функционируют как крошечные клапаны.
Однако профессор Муцуко Хатано и Tokyo Tech считают, что алмаз может быть смотровым стеклом, в котором лежит следующий полупроводниковый материал.
Свойства, которые делают бриллиантовый блеск
Алмаз - поистине потрясающий материал. Он невероятно прочен (благодаря своей трехмерной структуре и ковалентным связям), почти прозрачный и обладает высокой теплопроводностью. Тем не менее, алмазы также очень хорошие электрические изоляторы, которые странно и полезны и проблематичны для электрических устройств.
Таблица, показывающая свойства алмаза против других материалов. Изображение предоставлено Tokyo Tech
Изоляционная способность позволяет создавать большие напряжения и меньшие токи утечки, в то время как отсутствие проводимости означает, что электричество не будет течь. Однако электропроводность, по сути, может быть практически полностью изменена до полупроводникового легирования.
Используя такие элементы, как фосфор и бор, алмаз может быть легирован материалами n-типа и p-типа, которые увеличивают электропроводность алмаза.
Алмазные полупроводники
Поэтому, если алмаз можно легировать и, возможно, лучше использовать полупроводниковые приборы, чем кремний, почему он еще не был выполнен »« src = "// www.allaboutcircuits.com/uploads/articles/Mitchell_diamond_semiconductors_3.jpg" />
Упрощение pn-перехода. Изображение используется с разрешения Raffamaiden (собственная работа) (CC BY-SA 3.0)
Создание легированного алмаза n-типа или p-типа не является проблемой, сама по себе, но создание части алмаза, которая содержит как достаточно близкие, так и создать pn-переход, является очень сложной задачей.
Тем не менее, профессор Мутуско Хатано вместе с Национальным институтом передовых промышленных наук и технологий сделал латеральный р-н-переход на алмазе, который затем был создан в прототипе J-FET.
Алмазные устройства окажут значительное влияние на мощные устройства, в первую очередь, из-за способности к электрическому сопротивлению алмаза и возможности рассеивания тепла. Очень высокое электросопротивление позволило бы использовать устройства с очень высоким напряжением, которые были бы полезны в приложениях, включая распределение мощности и управление высоким напряжением (например, электрические поезда). Теплопроводность позволяла бы использовать более мелкие энергетические устройства, поскольку алмазный материал мог бы рассеивать больше тепла (что позволило бы охлаждать устройство для увеличения тока по сравнению с текущими кремниевыми устройствами).
Алмазные датчики на горизонте
Профессор Хатано имеет большие планы для алмазного полупроводника. Ее план заключается в создании алмазных датчиков, которые могут быть использованы для анализа белковых структур, измерений клеток и систем доставки лекарств.
Датчик алмазного теста с использованием легирования азота для обнаружения магнитных полей. Изображение предоставлено Tokyo Tech
Бриллианты ясно показывают реальную перспективу в области полупроводников, заработав серьезное место в работе, чтобы стать следующим силовым полупроводниковым материалом. В настоящее время алмазы нельзя манипулировать и выращивать так же, как современные полупроводниковые приборы (где из расплавленного тигля может быть извлечен очень большой монокристалл кремния). Но если кто-то может взломать случай с бриллиантами, материальная наука и техника в целом могут вступить в новую эпоху.