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金刚石在半导体领域的应用

编辑:huifeng浏览:481 发布日期:2021-11-23


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金刚石的“高贵”

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说起“Diamond”给人第一印象是什么?

无疑是高贵优雅,晶莹剔透,尤其对于女性来说钻石是充满诱惑的,正如1948年戴比尔斯经典广告所宣传“The diamond is forever”,又有谁不会注意到钻石的闪光呢。

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图1 金刚石的光彩夺目


金刚石的“闪光点”


金刚石被认为世界上最坚硬的物质,这就赋予了其在工业领域中重要地位,例如用于切割、研磨等。同样,在新型应用领域,金刚石依然十分优秀,在高频大功率器件、光学窗口、高能粒子探测器、量子信息、生物传感器等领域具有巨大的应用潜力。尤其随着微电子行业的发展,在经历了第一代半导体材料锗、硅,第二代半导体材料InP、GaAs,第三代半导体材料SiC、GaN之后,人们逐渐将目光聚焦到具有更大禁带宽度的氧化镓、金刚石、氮化铝等超宽禁带半导体材料上,金刚石半在导体器件领域绽放光芒。


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金刚石凭什么那么强大

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金刚石是一种超宽禁带半导体材料,其禁带宽度为5.5 eV,比GaN、SiC等宽禁带半导体材料还要大。如下表所示,金刚石禁带宽度是Si的5倍;载流子迁移率也是Si材料的3倍,理论上金刚石的载流子迁移率比现有的宽禁带半导体材料(GaN、SiC)也要高2倍以上,同时,金刚石在室温下有极低的本征载流子浓度。并且,除了最高硬度以外,金刚石还具有半导体材料中最高的热导率, 为AlN的7.5倍,因此金刚石也被业界称为“终极半导体”材料。在高频、高功率、高温电子器件,核辐射探测器、光电器件、微机电系统(MEMS)等领域表现出巨大的应用潜力。正是这些闪光点,让它在众多半导体器件材料中脱颖而出。


因此,金刚石是一种极具魅力的纳米微机电系统材料,在半导体领域具有极其重要的地位。