鑽石的光彩 改變半導體技術世界

編譯/高晟鈞

為了在2050年實現碳中和的目標,電子材料必須發生根本性的變化,以創造更可靠、更有彈性的電網。據估計,目前全球50%的電力由功率元件所控制,預計不到10年,這一數字將增加至80%。同時,預估到2050年十,電力需求將至少增加50%以上。

鑽石是現今已知最高導熱率的超寬頻半導體。(圖/123RF)

成功的能源轉型關鍵有很多,包括地點篩選、風險評估與技術要求等等。若不能增加電力,可再生能源的部署也將被推遲,最終使得化石燃料排放暫時性增加,阻礙了國家減碳目標的實現。

更多新聞:改變晶體管技術 鑽石是GaN最好的夥伴嗎?

為了滿足電力需求並使電網現代化,我們是必得從傳統材料(矽)轉向新材料與下一代半導體,例如:氮化鋁、碳化矽、鑽石和超寬隙半導體等。

可怕的電力需求

目前大多數半導體都還是用矽所製造的。儘管能暫時滿足現在社會的電力需求;然而,伴隨著越來越多的頻寬、更多的數據(同時意味著更多的儲存),我們所使用的電力與能源正成指數性增長。最好的方法,是想辦法使得一切更有效率,而不是開發更多能源或是建造更多發電廠。

鑽石半導體:超越矽的極限

鑽石是現今已知最高導熱率的超寬頻半導體。因此,相比於矽基半導體,鑽石半導體元件可以在更高的電壓與電流下工作(使用更少的材料),同時因為其良好的散熱特性,使得電氣性能不會受到影響。

「一個需要高電流、高電壓的電網,可以使得太陽能電池板與風力渦輪機變得更加高效。對此,我們將需要一個沒有熱功極限的材料,這就是鑽石真正發光發熱的時候。」作者Cam Bayram說道。

天然鑽石是在地球表面深處在巨大的壓力和熱量下形成的,但由於它本質上只是碳(碳含量豐富),因此人工合成的鑽石可以在數周而不是數十億年的時間內製成,同時其生產的碳排放量也將降低100倍。

此研究的鑽石裝置大約可以承受5kv的高電壓(理論上為9kv,受限於測量儀器)。除了最高擊穿電流(使某一絕緣介質在一段時間內成為導體所需加入的電壓的最低值)外,該裝置也表現出了最低的漏電流(影響效率與穩定性)。

資料來源:Scitechdaily

瀏覽 1,811 次

覺得不錯的話就分享出去吧!

發佈留言

Back to top button