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导读

近日，日本国立材料科学研究所的科研团队采用氢化金刚石（H-diamond），成功制造出一种电力转换系统的关键电路。这种电路可在达摄氏度的高温下运行。这些电路可用于金刚石基的电子器件，比硅基电子器件更小、更轻、更高效。

背景

风力发电风车和太阳能发电面板等发电装置，在将电力转移到家庭、企业和电网中时，其生成的电力几乎要损耗10%。为了让电力转换系统的效率更高，我们通常需要借助于半导体器件。

硅，是一种较为常见且广泛使用的半导体材料。但是，对于高功率、高温度、高频率的电子器件来说，硅材料受其自身特性的制约，成为了一个较差的选择。

创新

为了解决上述问题，科学家们正在研究采用新型金刚石半导体电路，让电力转换系统更高效。

日本国立材料科学研究所的科研团队采用氢化金刚石（H-diamond），成功制造出一种电力转换系统的关键电路。他们更进一步地演示了，这种电路可在达摄氏度的高温下运行。这些电路可用于金刚石基的电子器件，比硅基电子器件更小、更轻、更高效。

这周，研究人员将他们的研究成果发表于美国物理联合会（AIP）出版的《应用物理快报（AppliedPhysicsLetters）》杂志。

技术

这项研究中，研究人员在高温条件下，测试了氢化金刚石“或非”（NOR）逻辑电路的稳定性。这种电路应用于计算机中时，只有当两个输入都是零的时候才会有输出。该电路由两个金属氧化物半导体场效应管（MOSFETs）组成。MOSFET在许多电子器件以及数字集成电路中都有使用，例如微处理器。年，Liu及其同事最先报告了这种增强型氢化金刚石MOSFET。

氢化金刚石“或非”逻辑电路的俯视图（左），“或非”逻辑电路的运算示意图（右）

（图片来源：Liuetal）

氢化金刚石“或非”逻辑电路的制造程序的俯视图(a)和剖视图（右）。

（图片来源：参考资料）

氢化金刚石“或非”逻辑电路的顶视图(a)、原理图(b)、结构剖视图(c)，负荷电阻器的平面示意图(d)

（图片来源：参考资料）

当研究人员将电路加热至摄氏度，它可以正确工作，但摄氏度时就失效了。他们怀疑，更高的温度引起MOSFET崩溃。然而，更高的温度也并不是“高不可攀”，另外一个科研小组就报告了相似的氢化金刚石MOSFET可以在摄氏度高温下成功运行。相比而言，硅基电子器件的最高操作温度是摄氏度。

价值

日本国立材料科学研究所的研究员、论文合著者之一的JiangweiLiu表示：“对于高功率发电机来说，金刚石更适合制造小尺寸、低功耗的电力转换系统。”

日本国立材料科学研究所的主任、论文合著者之一YasuoKoide表示：“金刚石是下一代电子器件的候选材料之一，特别是对于节能来说。当然，开发英寸级的单晶金刚石晶圆和金刚石基的其他集成电路，对于实现产业化而言非常有必要。”

未来

未来，研究人员计划通过改变氧化物绝缘体以及制造工艺，提高电路在高温条件下的稳定性。他们希望制造出可以在摄氏度和2千伏条件下运行的氢化金刚石MOSFET逻辑电路。

关键字

金刚石、硅、半导体、逻辑电路

参考资料

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