12月14日，应用物理快报（Applied Physics Letters）发表了一篇来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory，LLNL）的科研成果，科学家将金刚石作为超宽禁带半导体材料，成功开发出可服务于电网的光电导金刚石器件。https://doi.org/10.1063/5.0028363

人造化学气相沉积金刚石制备的光电导开关（来源：LLNL）

当代半导体工业，硅材料由于物理极限的缘故正在被众多新兴半导体挑战，金刚石就是其中之一。LLNL的科学家认为金刚石可以更有效地为电网、机车甚至电动车供电。金刚石具有优越的载流子迁移率、击穿电场和导热系数，这都是电力电子器件的重要性能。随着化学气相沉积（CVD）技术的发展，高质量的单晶金刚石带给人们更多期待。

本次研究小组探索了这种比天然钻石质量更高的人造钻石的特性。“在电子学领域，你希望从尽可能纯的材料开始，这样你就可以把它塑造成具有所需特性的器件，”LLNL的物理学家Paulius Grivickas说，他也是这篇论文的主要作者。在光电导器件中，通过引入控制载流子复合寿命的杂质，实现了电导和频率响应的最佳结合。研究人员发现，在金刚石中，一种廉价而简单的替代方法是电子辐照，这种方法通过将晶格原子敲离原位而产生复合缺陷。

用这种方法生产的光导金刚石开关，可以用于控制电网中的电流和电压浪涌，以避免烧毁设备。Grivickas说，目前的硅开关又大又笨重，但基于钻石的开关可以用一个指甲盖那么大的装置完成同样的任务。这项研究还应用在能量输送系统中，研究小组证明了兆瓦级射频发电的可能性，这需要优化钻石的高频响应。

这项LLNL牵头的研究还与立陶宛维尔纽斯大学、白俄罗斯国立大学和白俄罗斯国家科学院的研究人员进行了合作。

编译 YUXI