基于金刚石的电路可以为高级应用带来热量

当风车和太阳能电池板等发电机向家庭，企业和电网转移电力时，它们几乎损失了10%的发电量。为解决这一问题，科学家们正在研究新的金刚石半导体电路，以提高电源转换系统的效率。

来自日本的一组研究人员成功地制造了使用氢化金刚石(H-金刚石)的功率转换系统中的关键电路。此外，他们证明了它在高达300摄氏度的温度下工作。这些电路可用于基于金刚石的电子器件，其比硅基器件更小，更轻和更有效。研究人员本周在AIP出版社的应用物理快报中报告了他们的发现。

硅的材料特性使其成为高功率，高温和高频电子设备中电路的不良选择。“对于大功率发电机，钻石更适合制造小尺寸和低功率损耗的功率转换系统，”日本国家材料科学研究所研究员，该论文的共同作者刘江伟说。

在目前的研究中，研究人员测试了H-金刚石NOR逻辑电路在高温下的稳定性。在计算机中使用的这种类型的电路仅在两个输入都为零时才给出输出。该电路由两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)组成，用于许多电子器件，以及数字集成电路，如微处理器。2013年，刘和他的同事是第一个报告制造E模式H型金刚石MOSFET的人。

当研究人员将电路加热到300摄氏度时，它正常运行，但在400度时失效。他们怀疑温度越高导致MOSFET击穿。然而，可以实现更高的温度，因为另一组报告在400摄氏度下成功操作类似的H-金刚石MOSFET。为了比较，硅基电子器件的最高工作温度约为150度。

未来，研究人员计划通过改变氧化物绝缘体和改进制造工艺来提高电路在高温下的稳定性。他们希望构建可在500摄氏度以上和2.0千伏电压下工作的H-金刚石MOSFET逻辑电路。

“钻石是下一代电子产品的候选半导体材料之一，专门用于改善节能，”国家材料科学研究所的主任，该论文的共同作者Yasuo Koide说。“当然，为了实现工业化，必须开发英寸尺寸的单晶金刚石晶圆和其他基于金刚石的集成电路。”