重大突破！新一代鑽石基電晶體有望問世，助力高功率電子領域革新

格拉斯哥大學的研究人員帶來了一項具有里程碑意義的成果，此成果或將催生新一代用於高功率電子產品的鑽石基電晶體。

他們研發的新型鑽石電晶體，成功克服了此前該技術發展的諸多限制，使得這一裝置在眾多依賴高功率系統的產業中，更接近實際應用的標準。

研究團隊找到了一種以鑽石為基礎製造電晶體的新方法，此電晶體在預設狀態下保持關閉。這一進展對於那些在開啟時攜帶大量電流的裝置而言，在保障安全性方面至關重要。

鑽石具有一種稱為寬能隙的固有特性，這意味著它在電擊穿前，能承受比大多數電晶體所用材料矽更高的電壓。在功率電子應用中，這表明由鑽石等材料製成的電晶體，相比矽電晶體，能承受更高的電壓並輸出更高的功率。

該團隊研發的鑽石電晶體，有望在需要高電壓且對效率有高要求的領域找到用武之地，比如電網或電動汽車行業。

格拉斯哥大學詹姆斯·瓦特工程學院的大衛·莫蘭教授，率領研究團隊與澳大利亞皇家墨爾本理工大學以及美國普林斯頓大學的合作夥伴共同展開研究。他們的研究成果發表在《先進電子材料》雜誌上。

莫蘭教授表示：「電晶體實質上是控制電流的開關。像電腦或智慧型手機之類的裝置，會使用數十億個微小的矽基電晶體，這些電晶體消耗的功率較小；而功率電子產品使用的開關數量要少得多，但功率水平卻要高得多。」

「功率電子學面臨的挑戰在於，開關的設計需要在不使用時能穩定保持關閉，以確保符合安全標準；但在開啟時，又必須能輸出非常高的功率。」

「此前最頂尖的鑽石電晶體往往顧此失彼——有些開關在保持關閉方面表現出色，但在按需供電方面卻不盡人意；反之亦然。而我們成功研製出了一種在兩方面都表現出色的鑽石電晶體，這是一項重大的進展。」

在格拉斯哥大學的詹姆斯·瓦特奈米加工中心，研究團隊利用表面化學技術提升鑽石的效能，先在其表面塗覆氫原子，再覆蓋多層氧化鋁。

他們研發的鑽石電晶體需要6伏特的電壓才能開啟，這一電壓是此前鑽石電晶體的兩倍多，且在啟動後仍能輸出高電流。

此外，研究團隊還提升了電荷在裝置內的移動效率，相比傳統鑽石電晶體，效能提升了一倍。從實際角度來看，這意味著電荷能更自由地在裝置內移動，提高了裝置的效率。

在關閉狀態下，該裝置的電阻非常高，在實驗室中，其測量值低於研究團隊裝置的本底噪聲，這意味著在應該關閉時，幾乎沒有電流洩漏，這對於高功率應用來說是至關重要的安全特性。

莫蘭教授補充道：「這些成果真的令人振奮，它們使鑽石電晶體比以往任何時候都更接近發揮其潛力。對於一種常被人們與奢侈品聯絡在一起的材料而言，鑽石的生產成本出奇地低。但在鑽石電晶體準備好由製造業進行規模化生產之前，仍有一些挑戰需要解決。我們希望未來幾年，我們的研究能推動鑽石電晶體在各行各業的應用。」