平的钻石芯片;钻石finFETs;强大的合金。
平的钻石芯片
金泽大学和国家先进工业科学技术(产业)已经开发出一种过程,解决了金刚石半导体电力应用程序的一个大问题。
研究人员开发了一种水蒸气退火技术创建自动平金刚石表面。这使金刚石半导体更近一步变得越来越商业化。
多年来,钻石场效应晶体管(fet)在电力应用中有许多有趣的属性。这些是宽禁带设备细分领域和高的热导率。钻石具有宽禁带(5.45 eV),高击穿字段(10 mv /厘米),和高导热系数(22 w / cmK)。相比之下,硅的能带隙1.1 eV。电子带隙宽禁带是指高电压设备,大于1 electronvolt (eV)。
这个问题?金刚石半导体受到成本、表面性质问题和其他问题。
一般来说,钻石结构必须在生产过程稳定。这是通过使用一个表面终止技术通过一个氢的过程。然而,这造成了不必要的二维孔气体层2 (dhg)。但是删除这些层导致钻石表面的粗糙度。它还会导致设备性能退化,据研究人员。
形成的示意图说明OH-terminated金刚石(111)表面的水蒸气退火H-terminated(来源:金泽大学”)
为了解决这个问题,研究人员首次开发合成单个水晶钻石底物。然后,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD),金刚石膜生长基质。钻石样品暴露在氢等离子体MPCVD室。
下一步是端羟基的表面形式。为此,hydrogen-terminated钻石样品暴露在一个新的水蒸气金泽大学的退火工艺和开张。退火系统由石英管电炉。氮的退火过程发生在一个氛围,充溢通过炉的超纯水。
在这个过程中,碳氢(碳氢键)债券仍在金刚石表面。进行了退火处理温度低于400°C。二维孔气体层2 (dhg)仍然存在。
但这是一个不同的故事,当退火温度高于500°C。删除2 dhg过程,但它也保持钻石表面的表面形态。“水蒸气退火500°C以上钻石表面的碳氢键,指示的消失2 dhg,”吉田良说开张。
“与传统技术去除2 dhg相比,如湿化学氧化、水蒸气退火提供自动维护一个平面上的优势,“添加Norio金泽大学的德田。
钻石finFETs
HRL实验室最近开发的该行业的第一个钻石finFET。
钻石finFETs宽容高功率使用,热量和辐射,使它们适合极端环境电子在未来的宇宙飞船,据HRL、联合研发风险之间波音公司和通用汽车(General Motors)。
使钻石场效应晶体管具有挑战性。它需要一个hydrogen-terminated通道,hydrogen-treated表面通过晶体管。反过来,这使得电导率。但也有一些可靠性问题时,这些设备在高温条件下运行。
为了解决这个问题,HRL发达耗竭钻石finFET 100海里鳍装置。该设备显示比例大于3000开/关。设备特点在室温和在150°C,据研究人员。
钻石FinFET来源、排水和翅片通道(来源:HRL自然科学报告)
让钻石finFETs,研究人员开始用3毫米×3毫米金刚石衬底。外延层生长,根据HRL在《华尔街日报》自然科学报告。然后,花纹和干蚀刻设备,这反过来,定义了人脉和渠道。Ti / Pt /非盟混合被用来形成一个接触,根据HRL在自然科学报告。
“我们的目标是大大增加了功率晶体管的性能。目标应用程序对这些晶体管无线电频率或射频电子,”首席研究员HRL Biqin黄说。“通常为数字电子在半导体行业,提高计算性能按比例缩小晶体管,根据摩尔定律作了几十年。这就增加了速度,减少设备的功率容量。提高动力性能在射频电子产品特定的频率,唯一的选择是提高半导体材料的击穿电压使用。因为这是材料的固有特性,改变它需要使用不同的材料。我们选择钻石,因为它有一个击穿电压大于硅或氮化镓半导体约3倍。所以可能增加功率密度是非常可取的。”
强大的合金
桑迪亚国家实验室设计了一个铂金合金说最世界上耐磨金属。
合金比高强度钢持久的100倍,把它放在同一个类作为耐磨材料的钻石和蓝宝石。“我们显示有一个根本性的改变可以使合金,传授这个巨大的增加性能广泛的真实的,实际的金属,“Nic Argibay说,桑迪亚的材料科学家。
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