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金刚石的应用领域

2023-05-14

作为一种宽带隙半导体材料,金刚石集力学、电学、热学、声学、光学、耐蚀等优异性能于一身,是目前最有发展前途的第三代半导体材料之一,在高温大功率电力电子器件、微波功率 器件、深紫外光和高能粒子探测器、深紫外发光器件、单光子光源、生物和化学传感器、微机电( MEMS )和纳机电( NEMS )器件、自旋电子学等众多领域有着极大的应用潜力。

高功率电力电子器件

金刚石半导体材料的禁带宽度达5.47 eV,热导率是已知半导体材料中最高的,因而可以满足未来大功率、强电场和抗辐射等方面的需求,是制作功率半导体器件的理想材料。

深紫外探测器、高能粒子探测器

在深紫外光电子领域,由于金刚石的大禁带宽度、高温工作、耐辐照特性,在应用于极端条件下的深紫外探测器、高能粒子探测器等方面有着先天性的优势。也是基于上述的原因,而且在工艺上可以避开尚未解决的金刚石掺杂问题,所以金刚石探测器是目前比较成熟的、已经实现产品化的唯一半导体金刚石器件有关的产品种类。

衬底材料

金刚石还可以作为GaN功率器件的衬底,以帮助其散热,实现更高频率和更高功率。从2008年开始,欧盟投入资金推动化学气相沉积方法(CVD)在GaN器件背面生长金刚石。随后美国国防部高级研究计划局、海军研究办公室等投入大量资金,联合大学(英国布里斯托大学、美国佐治亚理工、斯坦福等)、半导体公司(元素六、雷神、QorvoLockheed MartinNorthrop Grumman等)大力推动金刚石基GaN器件的发展。但由于价格高昂,使得金刚石衬底的氮化镓器件的应用被限制在国防和航天等领域。

来源:微纳研究

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