當(dāng)像風(fēng)車和太陽能電池板一樣的發(fā)電機將電力轉(zhuǎn)移到家里、企業(yè)和電網(wǎng)中時，它們會喪失近10%的電力。為解決這一問題，科學(xué)家正在研究新的金剛石半導(dǎo)體電路，從而使電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)更加高效。
一群來自日本的研究人員利用氫化金剛石成功研制出電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的關(guān)鍵電路。更重要的是，他們證實其可在300℃的高溫下正常運轉(zhuǎn)。這些電路可被用于比硅基設(shè)備更小、更輕并且更高效的金剛石基電子器件。近日，研究人員在美國物理聯(lián)合會（AIP）出版集團所屬《應(yīng)用物理快報》上報告了這一成果。
硅的材料屬性使其成為大功率、高溫和高頻電子器件中電路的糟糕選擇。“對于大功率發(fā)電機來說，金剛石更適合于制造小尺寸、低電力損耗的電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。”論文共同作者、日本國家材料科學(xué)研究所研究人員Jiangwei Liu表示。
在目前的研究中，科學(xué)家測試了氫化金剛石或非（NOR）邏輯電路在高溫下的穩(wěn)定性。這種被用于計算機的電路僅在兩個輸入都是零時才會產(chǎn)生輸出。電路含有兩個金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。其被用于很多電子設(shè)備以及像微處理器一樣的數(shù)字集成電路。2013年，Liu和同事首次報告稱制造出增強型氫化金剛石MOSFET。
當(dāng)研究人員將電路加熱到300℃時，其能正確運行，但在400℃下失靈。他們懷疑，較高的溫度導(dǎo)致MOSFET崩潰。不過，隨著另一個團隊報告稱在400℃下實現(xiàn)了類似氫化金剛石MOSFET的成功運行，較高溫度或許是可以達到的。相比之下，硅基電子設(shè)備的最高運行溫度在150℃左右。
未來，研究人員計劃通過改變氧化物絕緣體并且改善制造流程，提高電路在高溫下的穩(wěn)定性。他們希望構(gòu)建出能在500℃和2千伏特以上運行的氫化金剛石MOSFET邏輯電路。
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