12月14日，應用物理快報（Applied Physics Letters）發表了一篇來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的科研成果，科學家將金剛石作為超寬禁帶半導體材料，成功開發出可服務于電網的光電導金剛石器件。https://doi.org/10.1063/5.0028363

人造化學氣相沉積金剛石制備的光電導開關（來源：LLNL）

當代半導體工業，硅材料由于物理極限的緣故正在被眾多新興半導體挑戰，金剛石就是其中之一。LLNL的科學家認為金剛石可以更有效地為電網、機車甚至電動車供電。金剛石具有優越的載流子遷移率、擊穿電場和導熱系數，這都是電力電子器件的重要性能。隨著化學氣相沉積（CVD）技術的發展，高質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量更高的人造鉆石的特性。“在電子學領域，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的物理學家Paulius Grivickas說，他也是這篇論文的主要作者。在光電導器件中，通過引入控制載流子復合壽命的雜質，實現了電導和頻率響應的最佳結合。研究人員發現，在金剛石中，一種廉價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生復合缺陷。

用這種方法生產的光導金剛石開關，可以用于控制電網中的電流和電壓浪涌，以避免燒毀設備。Grivickas說，目前的硅開關又大又笨重，但基于鉆石的開關可以用一個指甲蓋那么大的裝置完成同樣的任務。這項研究還應用在能量輸送系統中，研究小組證明了兆瓦級射頻發電的可能性，這需要優化鉆石的高頻響應。

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

編譯 YUXI