Als het gaat om de halfgeleiderindustrie, silicium heeft geregeerd als koning op het gebied van elektronica, maar het komt aan het einde van zijn fysieke grenzen.

Om het elektriciteitsnet effectiever van stroom te voorzien, locomotieven en zelfs elektrische auto's, Wetenschappers van Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) wenden zich tot diamant als een ultrabrede bandgap-halfgeleider.

Van Diamond is aangetoond dat het een superieure mobiliteit heeft, breken elektrisch veld en thermische geleidbaarheid, de belangrijkste eigenschappen om elektronische apparaten van stroom te voorzien. Het werd vooral wenselijk na de ontwikkeling van een chemisch dampafzettingsproces (CVD) voor de groei van hoogwaardige eenkristallen.

Het team onderzocht eigenschappen van dergelijke synthetisch gemaakte diamanten die van hogere kwaliteit zijn dan natuurlijke diamanten. "In elektronica wil je uitgaan van zo puur mogelijk materiaal, zodat je het kunt kneden tot een apparaat met gewenste eigenschappen, " zei LLNL-fysicus Paulius Grivickas, hoofdauteur van een artikel dat verschijnt in Technische Natuurkunde Brieven .

In fotogeleidende apparaten, de beste combinatie van geleidbaarheid en frequentierespons wordt bereikt door onzuiverheden te introduceren, die de levensduur van de recombinatie van dragers bepalen. Onderzoekers ontdekten dat in diamant, een goedkoop en gemakkelijk alternatief voor deze benadering is elektronenbestraling waarbij recombinatiedefecten worden gecreëerd door de roosteratomen op hun plaats te slaan.

"We zeiden tegen onszelf:laten we deze pure, hoogwaardige CVD-diamant nemen en bestralen om te zien of we de levensduur van de drager kunnen aanpassen. ' zei Grivackas. 'Uiteindelijk, we hebben inzicht gekregen in welk bestralingsdefect verantwoordelijk is voor de levensduur van dragers en hoe het defect zich gedraagt ​​​​bij gloeien bij technologisch relevante temperaturen."

Op deze manier geproduceerde fotogeleidende diamantschakelaars kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld, in het elektriciteitsnet om stroom- en spanningspieken te beheersen, die de apparatuur kan uitbranden. De huidige siliciumschakelaars zijn groot en omvangrijk, maar de op diamanten gebaseerde kunnen hetzelfde bereiken met een apparaat dat op het puntje van een vinger zou kunnen passen, zei Grivickas.

Het onderzoek heeft ook toepassingen in de energieleveringssystemen waar het team de mogelijkheid aantoonde van een megawatt-klasse radiofrequentie-energieopwekking, wat optimalisatie van de hoogfrequente respons van diamant vereist.