金剛石晶片關鍵技術獲得突破:從根本上改變金剛石的能帶結構

2021-02-08 光刻人的世界

    來自哈爾濱工業大學的韓傑才院士團隊，與香港城市大學、麻省理工學院等單位合作，在金剛石單晶領域取得重大科研突破。該項研究成果現已通過 「微納金剛石單晶的超大均勻拉伸彈性」為題在線發表於國際著名學術期刊《科學》。

    據多個媒體報導，這項研究首次通過納米力學新方法，通過超大均勻的彈性應變調控，從根本上改變金剛石的能帶結構，為實現下一代金剛石基微電子晶片提供了一種全新的方法，為彈性應變工程及單晶金剛石器件的應用提供基礎性和顛覆性解決方案。

    以矽 (Si)、鍺 (Ge)為主的第一代半導體材料使用至今已有 70 餘年之久，但矽自身存在物理性質缺陷，導致其在高頻功率器件上的應用不佳。

    之後，人類開始探索以砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP)為代表的第二代半導體材料，但由於毒性和價格等因素其應用性依然存在較大的局限性。

    21 世紀初，以金剛石、碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）等為主的具有超寬帶隙特性的第三代半導體材料開始進入人們視野，其中金剛石由於自身特性成為了其中備受關注的佼佼者，甚至業界將其稱為 「終極半導體材料」。

    但金剛石製作晶片依然存在極大的局限性。實際上，人類試圖將金剛石用於晶片與石墨烯歷史相近。理論上講，金剛石無論是力學、熱學還是導電性都具有極高的價值，金剛石製作的晶片也比矽晶片更強、更耐抗，即使在高溫情況下也可以保持其半導體能力。但在迄今為止的幾乎所有實驗中，金剛石結晶始終保持其獨立性，無法對電流產生有效影響，因此目前也幾乎無法在電子工業方面得到應用。


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