När det gäller halvledarindustrin, kisel har regerat som kung inom elektronikområdet, men det håller på att ta slut på sina fysiska gränser.

För att mer effektivt driva elnätet, lokomotiv och till och med elbilar, Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) forskare vänder sig till diamant som en halvledare med ultrabred bandgap.

Diamond har visat sig ha överlägsen bärarrörlighet, bryta ner elektriska fält och värmeledningsförmåga, de viktigaste egenskaperna för att driva elektroniska enheter. Det blev särskilt önskvärt efter utvecklingen av en process för kemisk ångavsättning (CVD) för tillväxt av högkvalitativa enkristaller.

Teamet utforskade egenskaperna hos sådana syntetiskt tillverkade diamanter som är av högre kvalitet än naturligt förekommande. "Inom elektronik vill du utgå från så rent material du kan så att du kan forma det till en enhet med önskade egenskaper, " sade LLNL fysiker Paulius Grivickas, huvudförfattare till en artikel som förekommer i Bokstäver i tillämpad fysik .

I fotokonduktiva enheter, den bästa kombinationen av konduktivitet och frekvenssvar uppnås genom att införa föroreningar, som styr livslängd för rekombination av bärare. Forskare fann att i diamant, ett billigt och enkelt alternativ till detta tillvägagångssätt är elektronbestrålning där rekombinationsdefekter skapas genom att galleratomerna slås ur plats.

"Vi sa till oss själva 'låt oss ta denna rena högkvalitativa CVD-diamant och bestråla den för att se om vi kan skräddarsy bärarens livslängd, "" sa Grivackas. "Så slutligen, vi spikade ner förståelsen för vilken strålningsdefekt som är ansvarig för bärarlivslängder och hur defekten beter sig under glödgning vid tekniskt relevanta temperaturer."

Fotokonduktiva diamantomkopplare tillverkade på detta sätt kan användas, till exempel, i elnätet för att kontrollera ström- och spänningsstötar, som kan steka ut utrustningen. Nuvarande kiselomkopplare är stora och skrymmande, men de diamantbaserade kan åstadkomma samma sak med en enhet som kan passa på fingertoppen, Sa Grivickas.

Forskningen har också tillämpningar i energileveranssystemen där teamet visade en möjlighet till en megawatt-klass radiofrekvenskraftgenerering, vilket kräver optimering av diamants högfrekvensrespons.