Quando si tratta dell'industria dei semiconduttori, il silicio ha regnato da re nel campo dell'elettronica, ma sta arrivando alla fine dei suoi limiti fisici.

Per alimentare in modo più efficace la rete elettrica, locomotive e persino auto elettriche, Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) si stanno rivolgendo al diamante come semiconduttore a banda proibita ultra ampia.

Il diamante ha dimostrato di avere una mobilità superiore del portatore, abbattere il campo elettrico e la conduttività termica, le proprietà più importanti per alimentare i dispositivi elettronici. È diventato particolarmente desiderabile dopo lo sviluppo di un processo di deposizione chimica da vapore (CVD) per la crescita di cristalli singoli di alta qualità.

Il team ha esplorato le proprietà di tali diamanti sintetici di qualità superiore rispetto a quelli naturali. "Nell'elettronica si vuole partire dal materiale più puro possibile in modo da poterlo modellare in un dispositivo con le proprietà desiderate, " ha detto il fisico LLNL Paulius Grivickas, autore principale di un articolo apparso in Lettere di fisica applicata .

Nei dispositivi fotoconduttori, la migliore combinazione di conducibilità e risposta in frequenza si ottiene introducendo impurità, che controllano la durata della ricombinazione dei portatori. I ricercatori hanno scoperto che nel diamante, un'alternativa economica e facile a questo approccio è l'irradiazione di elettroni in cui i difetti di ricombinazione vengono creati facendo cadere gli atomi del reticolo fuori posto.

"Ci siamo detti 'prendiamo questo puro diamante CVD di alta qualità e irradiarlo per vedere se possiamo adattare la durata del vettore, '", ha detto Grivackas. "Alla fine, abbiamo inchiodato la comprensione di quale difetto di irradiazione è responsabile della durata del vettore e di come si comporta il difetto durante la ricottura a temperature tecnologicamente rilevanti".

È possibile utilizzare interruttori diamantati fotoconduttivi prodotti in questo modo, Per esempio, nella rete elettrica per controllare picchi di corrente e tensione, che può friggere l'attrezzatura. Gli attuali interruttori al silicio sono grandi e ingombranti, ma quelli a base di diamante possono fare la stessa cosa con un dispositivo che potrebbe stare sulla punta di un dito, Grivickas ha detto.

La ricerca ha anche applicazioni nei sistemi di erogazione dell'energia in cui il team ha dimostrato la possibilità di una generazione di energia a radiofrequenza di classe megawatt, che richiede l'ottimizzazione della risposta ad alta frequenza del diamante.