Quando se trata da indústria de semicondutores, o silício reinou como rei no campo da eletrônica, mas está chegando ao fim de seus limites físicos.

Para alimentar a rede elétrica de forma mais eficaz, locomotivas e até carros elétricos, Os cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) estão se voltando para o diamante como um semicondutor de bandgap ultralargo.

Diamond demonstrou ter mobilidade de portadora superior, quebrar o campo elétrico e a condutividade térmica, as propriedades mais importantes para alimentar dispositivos eletrônicos. Tornou-se especialmente desejável após o desenvolvimento de um processo de deposição de vapor químico (CVD) para o crescimento de cristais únicos de alta qualidade.

A equipe explorou as propriedades de tais diamantes feitos de forma sintética, que são de maior qualidade do que os de ocorrência natural. "Na eletrônica, você deseja começar com o material mais puro possível, para que possa moldá-lo em um dispositivo com as propriedades desejadas, "disse o físico do LLNL Paulius Grivickas, autor principal de um artigo publicado em Cartas de Física Aplicada .

Em dispositivos fotocondutores, a melhor combinação de condutividade e resposta de frequência é obtida pela introdução de impurezas, que controlam os tempos de vida de recombinação de portadores. Os pesquisadores descobriram que no diamante, uma alternativa fácil e barata para essa abordagem é a irradiação de elétrons, onde defeitos de recombinação são criados ao tirar os átomos da rede do lugar.

"Dissemos a nós mesmos 'vamos pegar este diamante CVD puro de alta qualidade e irradiá-lo para ver se podemos ajustar a vida útil do transportador, '' Grivackas disse. 'Eventualmente, estabelecemos o entendimento de qual defeito de irradiação é responsável pela vida útil do portador e como o defeito se comporta sob recozimento em temperaturas tecnologicamente relevantes. "

Chaves de diamante fotocondutoras produzidas desta forma podem ser usadas, por exemplo, na rede elétrica para controlar os surtos de corrente e tensão, que pode fritar o equipamento. Os interruptores de silício atuais são grandes e volumosos, mas os baseados em diamante podem fazer a mesma coisa com um dispositivo que caberia na ponta de um dedo, Grivickas disse.

A pesquisa também tem aplicações nos sistemas de entrega de energia, onde a equipe demonstrou a possibilidade de geração de energia de radiofrequência da classe megawatt, que requer a otimização da resposta de alta frequência do diamante.