金刚石|日本研究人员研究出基于金刚石的电路,可在300度高温下工作,高温高压应用前景广阔

时间:2018-04-16 09:02来源:大国重器

摘要:日本一组研究人员成功地制造了一个H-金刚石(H-diamond)的功率转换系统关键电路。此外,还证明该电路可在高达300摄氏度的温度下工作。这些电路基于金刚石的电子器件,比硅基器件更小、更轻、更高效。研究成果已发表在《应用物理快报》。

日本一组研究人员成功地制造了一个H-金刚石(H-diamond)的功率转换系统关键电路。此外,还证明该电路可在高达300摄氏度的温度下工作。这些电路基于金刚石的电子器件,比硅基器件更小、更轻、更高效。研究成果已发表在《应用物理快报》。
 
研究背景
风车、太阳能电池等发电设备将电力传输到家庭、企业和电网过程会损失约10%的电量。为了解决这个问题,科学家们正在研究金刚石半导体电路,以提高功率转换系统效率。
 
硅材料的特性使其成为高功率、高温和高频电子器件电路的不错选择。日本国家材料科学研究所研究员、该论文作者之一Jiangwei Liu说:“对于高功率发电机,金刚石更适合制造尺寸小、功率损耗小的电力转换系统。”
 
金刚石电路
该电路由两个金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)组成,可用于许多电子器件,以及微处理器等数字集成电路中。 2013年,Liu和他的同事首次宣布制造E-模式H-金刚石MOSFET。
 
 
图 左图是H-金刚石MOSFET NOR逻辑电路,右图表示,只有两个输入都为0的情况下,输出才有电压。
 
在目前的研究中,研究人员在高温下测试了H-金刚石NOR逻辑电路的稳定性。该电路仅在两个输入都为零时才具有输出电压。
 
当研究人员将电路加热到300摄氏度时,电路功能仍然正确,但在400度时失效。他们怀疑较高的温度导致MOSFET击穿。
 
然而,更高的工作温度仍是可以实现的。另一个研究小组报告称在400摄氏度下成功使用类似的H型金刚石MOSFET。而硅基电子器件的最大工作温度约为150度。
 
未来工作
未来,研究人员计划通过改变氧化物绝缘体和改变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。
 
国家材料科学研究所所长该论文作者之一Yasuo Koide说到:“金刚石是下一代电子产品的可选半导体材料之一,特别是用于提高能量效率领域。当然,为了实现工业化,开发英寸大小的单晶金刚石晶圆和其他基于金刚石的集成电路至关重要。”
 
资金来源
该工作得到了由日本文部科学省的优秀青年研究人员计划和纳米技术平台项目的支持。
 

本文转自“大国重器——聚焦世界军用电子元器件”
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