12月14日，應(yīng)用物理快報(bào)（Applied Physics Letters）發(fā)表了一篇來自勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的科研成果，科學(xué)家將金剛石作為超寬禁帶半導(dǎo)體材料，成功開發(fā)出可服務(wù)于電網(wǎng)的光電導(dǎo)金剛石器件。https://doi.org/10.1063/5.0028363

人造化學(xué)氣相沉積金剛石制備的光電導(dǎo)開關(guān)（來源：LLNL）

當(dāng)代半導(dǎo)體工業(yè)，硅材料由于物理極限的緣故正在被眾多新興半導(dǎo)體挑戰(zhàn)，金剛石就是其中之一。LLNL的科學(xué)家認(rèn)為金剛石可以更有效地為電網(wǎng)、機(jī)車甚至電動車供電。金剛石具有優(yōu)越的載流子遷移率、擊穿電場和導(dǎo)熱系數(shù)，這都是電力電子器件的重要性能。隨著化學(xué)氣相沉積（CVD）技術(shù)的發(fā)展，高質(zhì)量的單晶金剛石帶給人們更多期待。

本次研究小組探索了這種比天然鉆石質(zhì)量更高的人造鉆石的特性。“在電子學(xué)領(lǐng)域，你希望從盡可能純的材料開始，這樣你就可以把它塑造成具有所需特性的器件，”LLNL的物理學(xué)家Paulius Grivickas說，他也是這篇論文的主要作者。在光電導(dǎo)器件中，通過引入控制載流子復(fù)合壽命的雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了電導(dǎo)和頻率響應(yīng)的最佳結(jié)合。研究人員發(fā)現(xiàn)，在金剛石中，一種廉價(jià)而簡單的替代方法是電子輻照，這種方法通過將晶格原子敲離原位而產(chǎn)生復(fù)合缺陷。

用這種方法生產(chǎn)的光導(dǎo)金剛石開關(guān)，可以用于控制電網(wǎng)中的電流和電壓浪涌，以避免燒毀設(shè)備。Grivickas說，目前的硅開關(guān)又大又笨重，但基于鉆石的開關(guān)可以用一個指甲蓋那么大的裝置完成同樣的任務(wù)。這項(xiàng)研究還應(yīng)用在能量輸送系統(tǒng)中，研究小組證明了兆瓦級射頻發(fā)電的可能性，這需要優(yōu)化鉆石的高頻響應(yīng)。

這項(xiàng)LLNL牽頭的研究還與立陶宛維爾紐斯大學(xué)、白俄羅斯國立大學(xué)和白俄羅斯國家科學(xué)院的研究人員進(jìn)行了合作。

編譯 YUXI