當像風車和太陽能電池板一樣的發電機將電力轉移到家里、企業和電網中時,它們會喪失近10%的電力。為解決這一問題,科學家正在研究新的金剛石半導體電路,從而使電力轉換系統更加高效。
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換系統中的關鍵電路。更重要的是,他們證實其可在300℃的高溫下正常運轉。這些電路可被用于比硅基設備更小、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合會(AIP)出版集團所屬《應用物理快報》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換系統。”論文共同作者、日本國家材料科學研究所研究人員Jiangwei Liu表示。
在目前的研究中,科學家測試了氫化金剛石或非(NOR)邏輯電路在高溫下的穩定性。這種被用于計算機的電路僅在兩個輸入都是零時才會產生輸出。電路含有兩個金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。其被用于很多電子設備以及像微處理器一樣的數字集成電路。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,較高的溫度導致MOSFET崩潰。不過,隨著另一個團隊報告稱在400℃下實現了類似氫化金剛石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定性。他們希望構建出能在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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