钻石：不再仅仅只是珠宝
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在半导体行业中，硅在电子领域占据统治地位，但它的物理极限已接近尾声。为了更有效地为电网、机车甚至电动汽车供电，科学家正在将钻石作为超宽带隙半导体。
钻石被证明具有优异的载流子迁移率、击穿电场和导热率的能力，这是电力、电子设备最重要的特性。在开发用于生长高质量单晶的化学气相沉积（CVD）工艺之后，这尤其令人期望。
劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）的研究小组探索了这种人造钻石的性能，这些钻石的质量要高于天然钻石。 LLNL物理学家Paulius Grivickas说：“在电子产品中，您希望尽可能从纯净的材料开始，以便将其模制成具有所需性能的设备。”如图所示由合成化学气相沉积钻石制成的光电导开关正在测试中。
在光电导器件中，电导率和频率响应的最佳组合是通过引入杂质来实现的，该杂质可控制载流子复合寿命。研究人员发现，在钻石中，这种方法的一种廉价且简便的替代方法是电子辐照，这种辐照是通过将晶格原子敲掉而产生复合缺陷的。
研究人员说：“我们对自己说，'让我们把这种纯净的高质量CVD钻石接受照射，看看我们是否可以调整载体的寿命。” “最终，我们确定了哪种辐射缺陷决定了载流子的寿命，以及该缺陷在技术上相关的温度下如何退火的理解。”
以此方式生产的光电导金刚石开关可用于例如电网中，以控制电流和电压浪涌，从而使设备无法正常工作。研究人员表示，当前的硅开关体积大而笨重，但是基于钻石的开关可以用适合指尖的设备完成同样的事情。
该研究成果论文发表在最近的《应用物理通讯》上，搞研究还在能量输送系统中得到了应用，该团队证明了兆瓦级无线电频率发电的可能性，这需要优化钻石的高频响应。
参考：Carrier recombination and diffusion in high-purity diamond after electron irradiation and annealing,Applied Physics Letters(2020).DOI: 10.1063/5.0028363
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