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。
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。
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
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