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“终极半导体”:美国开展金刚石射频电子器件研究

发表时间:2021-11-08 15:09作者:化合积电网址:http://www.csmc-semi.com

日前,美国陆军与美国莱斯大学签署了一项为期5年、耗资3000万美元,开展网络和先进材料研究的合作协议,共同研究下一代无线网络和射频电子产品,为美军提供更先进的情报、监视和侦察能力。其中就包括将金刚石材料作为改进射频电子技术中GaN的超宽带带隙替代品。


金刚石具有高电子迁移率、高热导率、和低介电常数等优异的电学性质。在半导体领域中,金刚石通过掺杂,可呈现N型导电和P型导电,性能远超GaAs,GaN,SiC等材料,被业界誉为“终极半导体”。


今年4月,陆军军方到访莱斯大学并提出了开展美国下一代无线网络和射频电子设备的研究,向陆军提供先进的情报、监视和侦察能力的诉求。就此,莱斯大学金刚石材料研究团队表示,“增强射频硬件也有助于改善建立和管理无线网络的过程。


研究团队由美国陆军研究实验室和莱斯大学的人员组成。为了改善射频电子产品的性能,该团队将开发氮化镓超宽带隙的后继产品。研究团队首先将在莱斯大学建立实验性生产设施,用于生长超纯金刚石薄膜以及射频电子原型器件可能用到的其他异质材料结构。


美国陆军研究实验室的研究人员表示:“希望通过相关研究,有助于实现在需要时能够随时随地迅速部署的安全而且强大的军用通信网络,为此目的而开发的技术也将有助于改善美国农村宽带网络,减少对自然灾害的响应时间,并为在线教育提供新的机会等,从而使民用领域获得好处。”同时,随着金刚石半导体的合成、掺杂、生产技术的成熟,将会对高端制造业及前沿高新技术领域产生显著影响,包括更快的超级计算机、先进的雷达和电信系统、以及下一代航空航天电子设备等。


金刚石是自然界存在的特殊材料之一,具有最高的硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、高的声传播速率以及良好的化学稳定性等,如下表。虽然天然金刚石具有这些独一无二的特性,但是它们一直仅仅是以宝石的形式存在,其性质的多变性和稀有性极大地限制了其应用。而化合积电制备的CVD金刚石膜将这些优异的物理化学性能集一身,且成本较天然金刚石低,目前已有晶圆级金刚石、金刚石热沉片等,能够制备各种几何形状,在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景。


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