Wanneer stroomgeneratoren zoals windmolens en zonnepanelen elektriciteit overbrengen naar huizen, bedrijven en het elektriciteitsnet, ze verliezen bijna 10 procent van de opgewekte stroom. Om dit probleem aan te pakken, wetenschappers doen onderzoek naar nieuwe diamanten halfgeleidercircuits om stroomconversiesystemen efficiënter te maken.

Een team van onderzoekers uit Japan heeft met succes een sleutelcircuit gefabriceerd in stroomconversiesystemen met behulp van gehydrogeneerde diamant (H-diamant). ze toonden aan dat het werkt bij temperaturen tot 300 graden Celsius. Deze circuits kunnen worden gebruikt in op diamanten gebaseerde elektronische apparaten die kleiner zijn, lichter en efficiënter dan apparaten op basis van silicium. De onderzoekers rapporteren deze week hun bevindingen in Technische Natuurkunde Brieven .

De materiaaleigenschappen van silicium maken het een slechte keuze voor circuits met hoog vermogen, elektronische apparaten op hoge temperatuur en met hoge frequentie. "Voor de krachtige generatoren, diamant is meer geschikt voor het vervaardigen van stroomconversiesystemen met een klein formaat en een laag vermogensverlies, " zei Jiangwei Liu, een onderzoeker bij het Japanse National Institute for Materials Science en een co-auteur van het papier.

In de huidige studie, onderzoekers testten de stabiliteit van een H-diamant NOR-logicacircuit bij hoge temperaturen. Dit type circuit, gebruikt in computers, geeft alleen een output als beide inputs nul zijn. Het circuit bestond uit twee metaaloxide-halfgeleider veldeffecttransistoren (MOSFET's), die in veel elektronische apparaten worden gebruikt, en in digitale geïntegreerde schakelingen, zoals microprocessoren. In 2013, Liu en zijn collega's waren de eersten die rapporteerden over het fabriceren van een E-mode H-diamant MOSFET.

Toen de onderzoekers het circuit opwarmden tot 300 graden Celsius, het functioneerde naar behoren, maar faalde bij 400 graden. Ze vermoeden dat de hogere temperatuur ervoor zorgde dat de MOSFET's kapot gingen. Hogere temperaturen zijn mogelijk, maar terwijl een andere groep melding maakte van een succesvolle werking van een vergelijkbare H-diamant MOSFET bij 400 graden Celsius. Ter vergelijking, de maximale bedrijfstemperatuur voor elektronische apparaten op basis van silicium is ongeveer 150 graden.

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan de stabiliteit van het circuit bij hoge temperaturen te verbeteren door de oxide-isolatoren te veranderen en het fabricageproces aan te passen. Ze hopen H-diamant MOSFET-logische circuits te bouwen die kunnen werken boven 500 graden Celsius en bij 2,0 kilovolt.

"Diamond is een van de kandidaat-halfgeleidermaterialen voor de volgende generatie elektronica, specifiek voor het verbeteren van energiebesparing, " zei Yasuo Koide, een directeur van het National Institute for Materials Science en co-auteur van het papier. "Natuurlijk, om de industrialisatie te bereiken, het is essentieel om enkelkristal-diamantwafels van inch-formaat en andere op diamant gebaseerde geïntegreerde schakelingen te ontwikkelen."