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鄭州華晶金剛石股份有限公司

新突破!“金屬化”金剛石可制備新型量子探測器和傳感器

關鍵詞 金剛石 , 半導體|2020-10-10 09:14:43|來源 中國超硬材料網
摘要 金剛石是一種有效的電絕緣體,但根據麻省理工學院和新加坡南洋理工大學(NTU)的一項新研究,情況可能并不總是如此。該研究小組計算出,使金剛石納米針變形,會使其導電性從絕緣體變為半導體...

       金剛石是一種有效的電絕緣體,但根據麻省理工學院和新加坡南洋理工大學(NTU)的一項新研究,情況可能并不總是如此。該研究小組計算出,使金剛石納米針變形,會使其導電性從絕緣體變為半導體,再變為高導電性金屬,然后再隨意變回來。
       材料的應變似乎是各行各業通常想要避免的東西,但在某些情況下,它可以使材料變得更好。例如,經過應變的硅可以讓電子更容易地穿過它,使晶體管的開關速度提高35%,但是實現這一切關鍵是要施加足夠的應變來影響晶體晶格中原子的排列,但又不能太大,以至于晶格本身被破壞。
       電子在材料中移動的難易程度是以材料的”帶隙”(bandgap)來衡量的,帶隙越大,電子越難通過。在5.6電子福特(eV)下,鉆石通常具有超寬的帶隙,使其成為一個絕緣體。但在新的研究中,研究人員發現了一種使金剛石應變以改變其帶隙的方法。
       研究小組利用量子力學和機械變形的計算機模擬,發現可以用金剛石探針將金剛石納米針彎曲成不同程度的應變。施加的應變越大,帶隙就越窄,直到在針會斷裂的前一刻完全消失。在這一點上,金剛石完成了 “金屬化”,轉化成了一種優良的導電體。

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左上:納米針被彎曲的電子顯微鏡圖像;右圖:電子顯微鏡下納米針被彎曲的圖像

       “我們發現,可以將帶隙從5.6電子伏特一直降低到0,”該研究的對應作者Ju Li說?!比绻軓?.6電子伏特連續變化到0電子伏特,那么就能覆蓋所有的帶隙范圍。通過應變工程,可以讓金剛石擁有硅的帶隙,這是應用最廣泛的半導體或氮化鎵帶隙,同時又被普遍用于LED中。甚至可以讓它成為紅外探測器,或探測從紅外線到光譜中的紫外線部分的整個范圍的光?!?br/>       該團隊表示,新技術可能會帶來一系列令人感興趣的應用。例如可以使太陽能電池能夠在單個設備上捕獲更廣泛的光頻率,這項工作目前需要不同材料的堆疊。這項技術還可以制造新型的量子探測器和傳感器。

       金剛石以其優異的性能在高端制造業如精密工具、耐磨零件、光學元件涂層、電子產品配件加工等領域有廣泛應用。此外金剛石不光是“工業牙齒”,還是“終極半導體”, 以金剛石為代表的第三代寬禁帶半導體及器件是未來集成電路,信息時代發展的基礎,在生物檢測和醫療、平板顯示、環保工程、功能器件等多個高新技術領域都有巨大的應用潛力。                                         

       基于此,2020年11月18-20日,由中國超硬材料網&DT新材料主辦的第五屆國際碳材料大會暨產業展覽會——金剛石論壇將在上??鐕少彆怪行睦_帷幕。屆時,金剛石論壇將設超寬禁帶半導體及功能器件分論壇,圍繞金剛石在半導體器件、5G通信、導熱散熱等領域的創新應用為議題,邀請行業大咖、專家學者、企業代表探討交流,開啟金剛石半導體及功能器件應用新時代。

       超寬禁帶半導體及功能器件分論壇

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報名聯系

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劉小雨 :13837111415

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李君瑤 :15713673960


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