鉆石或成為理想半導體材料

　　最新研究發現，鉆石不僅是‘女孩子最好的朋友’，也具備了成為半導體理想材料的特性。這對于電子行業來說無疑是好消息，因為半導體對于電源傳輸與轉換的效率要求越來越高。

　　電子行業總處于“饑渴”狀態，需要越來越多的電源供電，而且幾乎每一臺家電或者其他電子設備都會有一套電源模塊來傳輸、轉換和控制電源。現在研究者們在單晶鉆石摻雜方面取得重要進展，這是使鉆石成為制造電子器件材料的關鍵一步。

　　“我們要讓設備按我們的需求來處理電源。“威斯康星大學麥迪遜分校(Univerity of Wisconsin-Madison)電子與計算機工程教授馬正強(音)說道。馬教授和他的同事們將鉆石摻雜的新方法發表在美國物理學會出版的《應用物理》期刊上。

　　鉆石可能是功率器件最理想的材料。鉆石導熱性很好，因此鉆石材料制造的器件散熱性會非常好。為了散熱，傳統功率器件通常需要加裝又大又貴的散熱器(例如散熱片或者風扇)，使用鉆石材料將降低功率器件的散熱成本。鉆石材料也特別適用于高壓高功率應用，電流在鉆石材料中傳輸更快，因此使用鉆石材料的器件能源效率會更高。

　　不過利用鉆石來制造半導體的最大難題在于摻雜，因為鉆石的晶體結構很規整，所以摻雜非常困難。

　　可以通過加硼(boron)涂層的方式，把鉆石加熱到1450℃來進行摻雜。不過這種方法的缺點是摻雜完以后硼涂層很難去除。而且這種方法只適合多晶鉆石，但多晶鉆石各晶體之間呈現不規則狀態，在性能上不如單晶鉆石。

　　傳統單晶鉆石摻雜的方法是在人工生長晶體時注入硼原子，這種方法需要采用強力微波來注入硼原子，所以會降低晶體的質量。

　　馬教授和他同事們發現的摻雜單晶鉆石的方法，可以在相對較低的溫度下完成，并且不會降低晶體的質量。他們發現如果把一個單晶鉆石與摻雜了硼材料的半導體硅片綁定在一起，然后加熱到800℃，硼原子會從半導體遷移到鉆石中去。最后，由于硼原子跑到了鉆石中，半導體硅片出現了空穴，而鉆石中的碳原子會填充這些空穴。

　　該技術可實現選擇性摻雜，這就意味著在制造器件時可以有更多的控制，想要摻雜哪個區域，只要在摻雜時把單晶鉆石固定到對應的區域即可。

　　不過這種新方法現在只適合P型摻雜，”我們覺得我們找到一種既容易又便宜，而且很有效的方法來進行鉆石摻雜。“馬教授說道，他們已經開始利用單晶鉆石摻雜P型半導體來制造一個簡單的器件。

　　但是要制造晶體管這種電子器件，還需要能夠實現N型摻雜。此外，單晶鉆石摻雜還有一些其他的瓶頸，例如鉆石很貴，單晶鉆石尺寸又太小。

　　不過馬教授仍然認為P型摻雜的成功是很重要的一步，也許會激發別的研究者來解決單晶鉆石摻雜的其余挑戰。最后，馬教授表示，單晶鉆石是包括發電企業輸電在內的所有功率應用的完美選擇。