När kraftgeneratorer som väderkvarnar och solpaneler överför el till hemmen, företag och elnätet, de förlorar nästan 10 procent av den genererade kraften. För att lösa detta problem, forskare forskar om nya diamanthalvledarkretsar för att göra kraftomvandlingssystem mer effektiva.

Ett team av forskare från Japan tillverkade framgångsrikt en nyckelkrets i kraftomvandlingssystem med hjälp av hydrerad diamant (H-diamant.) de visade att det fungerar vid temperaturer så höga som 300 grader Celsius. Dessa kretsar kan användas i diamantbaserade elektroniska enheter som är mindre, lättare och effektivare än kiselbaserade enheter. Forskarna rapporterar sina fynd den här veckan i Bokstäver i tillämpad fysik .

Kiselns materialegenskaper gör det till ett dåligt val för kretsar med hög effekt, elektronik med hög temperatur och hög frekvens. "För högeffektsgeneratorer, diamant är mer lämplig för tillverkning av kraftomvandlingssystem med liten storlek och låg effektförlust, "sa Jiangwei Liu, en forskare vid Japans nationella institut för materialvetenskap och en medförfattare till uppsatsen.

I den aktuella studien, forskare testade en H-diamant NOR-logikkrets stabilitet vid höga temperaturer. Denna typ av krets, används i datorer, ger en utgång endast när båda ingångarna är noll. Kretsen bestod av två metalloxid-halvledarfältseffekt-transistorer (MOSFET), som används i många elektroniska enheter, och i digitala integrerade kretsar, som mikroprocessorer. Under 2013, Liu och hans kollegor var de första som rapporterade att de tillverkade en E-mode H-diamant MOSFET.

När forskarna värmde upp kretsen till 300 grader Celsius, det fungerade korrekt, men misslyckades vid 400 grader. De misstänker att den högre temperaturen orsakade att MOSFETs gick sönder. Högre temperaturer kan dock uppnås, som en annan grupp rapporterade framgångsrik drift av en liknande H-diamant MOSFET vid 400 grader Celsius. För jämförelse, den maximala driftstemperaturen för kiselbaserade elektroniska enheter är cirka 150 grader.

I framtiden, forskarna planerar att förbättra kretsens stabilitet vid höga temperaturer genom att ändra oxidisolatorerna och modifiera tillverkningsprocessen. De hoppas kunna konstruera H-diamant MOSFET-logikkretsar som kan fungera över 500 grader Celsius och vid 2,0 kilovolt.

"Diamond är ett av kandidaternas halvledarmaterial för nästa generations elektronik, särskilt för att förbättra energibesparingar, "sa Yasuo Koide, en direktör vid National Institute for Materials Science och medförfattare till uppsatsen. "Självklart, för att uppnå industrialisering, Det är viktigt att utveckla tumstora enkristalliga diamantskivor och andra diamantbaserade integrerade kretsar. "