金剛石半導(dǎo)體，研究現(xiàn)狀及進(jìn)展
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來源：中國復(fù)合材料協(xié)會(huì)
金剛石半導(dǎo)體是將人造金剛石用作半導(dǎo)體材料的技術(shù)和產(chǎn)物。金剛石做為半導(dǎo)體材料具有優(yōu)于其他半導(dǎo)體材料的出色特性，這里我們簡單科普一下金剛石作為半導(dǎo)體所具有的特點(diǎn)，金剛石在禁帶寬度、電子遷移度、熱傳導(dǎo)率等諸多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)出色于其他半導(dǎo)體材料。與已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用的碳化硅、氮化鎵相比，金剛石具有無與倫比的特性，因此被譽(yù)為“終極半導(dǎo)體材料”。
基于業(yè)界長期的研發(fā)活動(dòng)，如今金剛石半導(dǎo)體已經(jīng)開始逐步邁向?qū)嵱没?。但要真正普及推廣金剛石半導(dǎo)體的應(yīng)用，依然需要花費(fèi)很長的時(shí)間，不過已經(jīng)有報(bào)道指出，最快在數(shù)年內(nèi)，將會(huì)出現(xiàn)金剛石材質(zhì)的半導(dǎo)體試用樣品。業(yè)界對(duì)金剛石半導(dǎo)體的關(guān)注程度越高，越易于匯集優(yōu)勢資源、加速研發(fā)速度。
金剛石半導(dǎo)體作為一種新興的半導(dǎo)體材料，一直備受關(guān)注。國內(nèi)外的科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)不斷推進(jìn)金剛石半導(dǎo)體的研究和開發(fā)，又取得一些新進(jìn)展。在金剛石半導(dǎo)體的研發(fā)工作上，一直都是日本的研發(fā)機(jī)構(gòu)在引領(lǐng)，并創(chuàng)造了諸多成果，即使是今天，產(chǎn)綜研的研發(fā)水平也是首屈一指。不過，迄今為止的研發(fā)活動(dòng)都是僅限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的驗(yàn)證工作，并未研發(fā)出可用于電子線路、設(shè)備的實(shí)際半導(dǎo)體。
近日發(fā)表的論文介紹了一種新型的金剛石半導(dǎo)體器件。這種器件采用了三明治結(jié)構(gòu)，在金剛石襯底上生長了兩層氮化硼和一層石墨烯，形成了一個(gè)“石墨烯/氮化硼/石墨烯/金剛石”結(jié)構(gòu)。研究人員稱，這種器件具有高電子遷移率和高熱穩(wěn)定性，有望應(yīng)用于高功率電子器件、高頻通信和微波雷達(dá)等領(lǐng)域。
據(jù)悉，戴比爾斯集團(tuán)旗下的Element Six專注于金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域，正計(jì)劃在2023年開設(shè)新的生產(chǎn)線，以滿足市場需求的增長。Element Six已經(jīng)在歐洲、亞洲和北美建立了多個(gè)工廠，并在金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域進(jìn)行了多年的研究和開發(fā)。
此外，金剛石半導(dǎo)體還在其他領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。例如，在電力電子領(lǐng)域，金剛石半導(dǎo)體具有低損耗、高溫度穩(wěn)定性和高電壓耐受性等特點(diǎn)，有望應(yīng)用于高功率電子器件；在生命科學(xué)領(lǐng)域，金剛石半導(dǎo)體可以作為生物傳感器，用于檢測DNA和蛋白質(zhì)等分子。
總的來說，金剛石半導(dǎo)體在新材料、新器件、新技術(shù)等方面的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為各行各業(yè)帶來了更廣泛的應(yīng)用前景。隨著技術(shù)的不斷推進(jìn)和市場需求的不斷增長，金剛石半導(dǎo)體領(lǐng)域的未來充滿機(jī)遇。
如今，已經(jīng)有越來越多的的院校和研發(fā)機(jī)構(gòu)在推進(jìn)金剛石的研發(fā)，正在將金剛石半導(dǎo)體從研發(fā)階段推向?qū)嵱没?。能否將金剛石半?dǎo)體的實(shí)用化和潛力推行下去的關(guān)鍵是能否與大型企業(yè)展開合作。不過令人遺憾的是，在各研發(fā)成果發(fā)布會(huì)現(xiàn)場，雖然企業(yè)的工程師們表現(xiàn)出了極大的興趣，但是這都與業(yè)務(wù)沒有直接聯(lián)系，真要實(shí)際實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，至少還需要十年左右的時(shí)間，且研發(fā)成果也無法直接、迅速地帶來利潤，因此企業(yè)才一直猶豫不決。所以，僅靠大學(xué)和研發(fā)機(jī)構(gòu)是無法實(shí)現(xiàn)真正的社會(huì)面應(yīng)用的。
另外，不僅是半導(dǎo)體，金剛石也可應(yīng)用于量子傳感器。金剛石材料對(duì)于量子互聯(lián)網(wǎng)等未來技術(shù)非常重要。特殊的缺陷中心可以用作量子比特，并****稱為單光子的單個(gè)光粒子。柏林洪堡大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)將單個(gè)量子位集成到優(yōu)化的金剛石納米結(jié)構(gòu)中。這些結(jié)構(gòu)比人類頭發(fā)細(xì)1倍，可以以定向方式將****的光子轉(zhuǎn)移到玻璃纖維中。所用金剛石材料的一個(gè)特點(diǎn)是晶格中氮雜質(zhì)原子的密度相對(duì)較高。這些可能保護(hù)量子光源免受納米結(jié)構(gòu)表面的電子噪聲的影響。
此外，亞馬遜正在與Element Six合作開展量子傳感項(xiàng)目的研發(fā)，量子網(wǎng)絡(luò)使用亞原子物質(zhì)以超越當(dāng)今光纖系統(tǒng)的方式傳輸數(shù)據(jù)。金剛石將成為一個(gè)組件的一部分，該組件可以讓數(shù)據(jù)在不中斷的情況下傳輸?shù)酶h(yuǎn)。這個(gè)技術(shù)的應(yīng)用也為工業(yè)金剛石找到了新的應(yīng)用。
相信不久的將來，金剛石作為功能材料的特性會(huì)應(yīng)用到更加廣闊的領(lǐng)域，并成為我們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵贰?/span>
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