金剛石作為優(yōu)越的半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)領(lǐng)域；在輸送和轉(zhuǎn)換功率的電子設(shè)備中，金剛石半導(dǎo)體更是起著不可替代的重要作用。隨著工藝發(fā)展對電子設(shè)備的極大需求，幾乎每個(gè)機(jī)械裝備都需要一套能夠傳輸、轉(zhuǎn)換和控制功率的電子設(shè)備。而近年來，科學(xué)家們也研發(fā)出了摻雜單晶金剛石的新工藝，推動(dòng)了電子設(shè)備的進(jìn)一步發(fā)展。

       近日，美國威斯康星大學(xué)的電子計(jì)算機(jī)工程教授Zhengqiang (Jack) Ma及其同事在《應(yīng)用物理》上發(fā)表了關(guān)于摻雜單晶金剛石的新工藝。
       金剛石熱導(dǎo)性能優(yōu)越，具有散熱快的特點(diǎn)，這對功率電子設(shè)備的制備材料來說，是極佳的選擇，可以替代體型龐大且昂貴的傳統(tǒng)冷卻設(shè)備。在高壓高功率條件下，電流可以迅速通過金剛石材料，從而實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能設(shè)備的研制和應(yīng)用。
       但基于金剛石的電子設(shè)備制造有一個(gè)最大的技術(shù)挑戰(zhàn)，就是摻雜工藝。摻雜工藝是將其他元素材料融合到半導(dǎo)體材料中并改變其屬性的一種工藝。而金剛石晶體結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，摻雜工藝則較為困難。
       近年來，有研究者提出對金剛石進(jìn)行鍍硼處理，然后加熱至1450℃，可以實(shí)現(xiàn)金剛石的摻雜；但最后很難將硼鍍層去除掉。且該工藝只對多晶金剛石有效。此外，由于多晶金剛石晶體具有不規(guī)則性，與之相比單晶金剛石則成為優(yōu)越的半導(dǎo)體材料。
       在人工生長金剛石晶體的過程中對其注入硼原子，也可以實(shí)現(xiàn)摻雜，但該工藝所需的大功率微波又會(huì)降低單晶金剛石的品質(zhì)。
       Zhengqiang (Jack) Ma及其同事通過一系列實(shí)驗(yàn)，在較低溫度下實(shí)現(xiàn)了單晶金剛石摻硼技術(shù)，且無任何品質(zhì)降低。工作人員發(fā)現(xiàn)，對硅片進(jìn)行摻硼處理，然后和單晶金剛石鍵合并加熱至800℃，硼原子就會(huì)從硅片轉(zhuǎn)移到金剛石。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，摻硼硅由于晶格結(jié)構(gòu)缺失一個(gè)原子而出現(xiàn)空位缺陷，而來自金剛石的碳原子則會(huì)補(bǔ)缺這些缺陷，進(jìn)而為轉(zhuǎn)移過來的硼原子留下空位。
       該技術(shù)還可以選擇性摻雜，從而更好的控制設(shè)備的制造工藝。只需在金剛石所需位置的碳空位上與硅鍵合，就可以實(shí)現(xiàn)單晶金剛石的摻雜。
       這種新型工藝只對P型摻雜有效，半導(dǎo)體材料被摻雜了一種能夠提供正載流子的元素。（該條件下，電子的缺失稱之為電洞）
       Zhengqiang (Jack) Ma對此評價(jià)：“我認(rèn)為我們找到了一種簡易廉價(jià)而且高效的單晶金剛石摻雜工藝”。目前，工作人員利用P型單晶金剛石半導(dǎo)體材料在一臺(tái)簡易設(shè)備上成功進(jìn)行了試驗(yàn)。
       如果要制備晶體管等電子設(shè)備，則需要利用N型摻雜，賦予半導(dǎo)體材料負(fù)載流子。
       Zhengqiang (Jack) Ma又介紹到，實(shí)現(xiàn)P型摻雜目前是很重要的一個(gè)技術(shù)進(jìn)步，這可以為其他研究者解決金剛石摻雜工藝方面的其他難題提供參考。其實(shí)，單晶金剛石在其他領(lǐng)域也有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用，比如電網(wǎng)的電力傳輸系統(tǒng)等。