金刚石芯片，里程碑

（原标题：金刚石芯片，里程碑）

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由格拉斯哥大学研究人员领导的一项具有里程碑意义的进展可能有助于创造用于高功率电子产品的新一代金刚石晶体管。

他们的新型金刚石晶体管克服了先前技术发展的局限性，创造出一种更接近于在依赖高功率系统的一系列行业中实际使用的设备。

研究团队找到了一种新方法，利用金刚石作为晶体管的基础，使晶体管默认处于关闭状态——这一进展对于确保开启时承载大量电流的设备的安全至关重要。

钻石具有一种称为宽带隙的固有特性，这意味着它能够承受比硅（大多数晶体管的材料）高得多的电压，然后才会发生电击穿。在电力电子应用中，这意味着由钻石等材料制成的晶体管可以承受比硅晶体管高得多的电压并提供更高的功率。

该团队的金刚石晶体管可应用于需要大电压且高度重视效率的领域，例如电网或电动汽车。

格拉斯哥大学詹姆斯瓦特工程学院的戴维莫兰教授领导的研究团队与来自澳大利亚皇家墨尔本理工大学和美国普林斯顿大学的合作伙伴共同完成了这项研究，他们的研究成果发表在《先进电子材料》杂志上。

莫兰教授说：“晶体管本质上是控制电流的开关。计算机或智能手机等设备使用数十亿个微小的硅基晶体管，这些晶体管消耗的电量很少，但电力电子设备使用的开关要少得多，但功率水平却要高得多。

“电力电子面临的挑战是，开关的设计需要能够在不使用时保持牢固关闭状态以确保其符合安全标准，但在打开时也必须提供非常高的功率。

“以前最先进的金刚石晶体管通常擅长其中一种功能，而牺牲了另一种功能——开关擅长保持关闭状态，但不太擅长按需提供电流，反之亦然。我们能够做的是设计出一种在两种功能上都表现优异的金刚石晶体管，这是一个重大的进展。”

在格拉斯哥大学詹姆斯瓦特纳米制造中心，研究小组利用表面化学技术来改善金刚石的性能，先用氢原子涂覆金刚石，然后再涂覆氧化铝层。

他们的金刚石晶体管需要 6 伏才能打开，是以前的金刚石晶体管的两倍多，同时在激活时仍能提供大电流。

他们还改进了电荷在器件中的移动效率，性能比传统的金刚石晶体管提高了一倍。从实际角度来说，这意味着电荷可以更自由地在器件中移动，从而提高器件的效率。

当关闭时，该设备的电阻足够高，以至于测量结果低于实验室中团队设备的本底噪声，这意味着当设备关闭时几乎没有电流泄漏，这是高功率应用的关键安全特性。

莫兰教授补充道：“这些结果确实令人鼓舞，使金刚石晶体管比以往任何时候都更接近发挥其潜力。金刚石是一种许多人与奢侈品联系在一起的材料，其生产成本出奇地低，但在金刚石晶体管准备好被制造业推广之前，仍有一些挑战需要解决。我们希望我们的研究将有助于推动未来几年金刚石晶体管在各个行业中的应用。”

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