金剛石是一種有效的電絕緣體，但根據(jù)麻省理工學(xué)院和新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）的一項新研究，情況可能并不總是如此。該研究小組計算出，使金剛石納米針變形，會使其導(dǎo)電性從絕緣體變?yōu)?a href='/news/search/key/%25E5%258D%258A%25E5%25AF%25BC%25E4%25BD%2593.html' target='_blank'>半導(dǎo)體，再變?yōu)楦邔?dǎo)電性金屬，然后再隨意變回來。
       材料的應(yīng)變似乎是各行各業(yè)通常想要避免的東西，但在某些情況下，它可以使材料變得更好。例如，經(jīng)過應(yīng)變的硅可以讓電子更容易地穿過它，使晶體管的開關(guān)速度提高35%，但是實現(xiàn)這一切關(guān)鍵是要施加足夠的應(yīng)變來影響晶體晶格中原子的排列，但又不能太大，以至于晶格本身被破壞。
       電子在材料中移動的難易程度是以材料的”帶隙”（bandgap）來衡量的，帶隙越大，電子越難通過。在5.6電子福特（eV）下，鉆石通常具有超寬的帶隙，使其成為一個絕緣體。但在新的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種使金剛石應(yīng)變以改變其帶隙的方法。
       研究小組利用量子力學(xué)和機(jī)械變形的計算機(jī)模擬，發(fā)現(xiàn)可以用金剛石探針將金剛石納米針彎曲成不同程度的應(yīng)變。施加的應(yīng)變越大，帶隙就越窄，直到在針會斷裂的前一刻完全消失。在這一點上，金剛石完成了 “金屬化”，轉(zhuǎn)化成了一種優(yōu)良的導(dǎo)電體。

左上：納米針被彎曲的電子顯微鏡圖像；右圖：電子顯微鏡下納米針被彎曲的圖像

       “我們發(fā)現(xiàn)，可以將帶隙從5.6電子伏特一直降低到0，”該研究的對應(yīng)作者Ju Li說?！比绻軓?.6電子伏特連續(xù)變化到0電子伏特，那么就能覆蓋所有的帶隙范圍。通過應(yīng)變工程，可以讓金剛石擁有硅的帶隙，這是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體或氮化鎵帶隙，同時又被普遍用于LED中。甚至可以讓它成為紅外探測器，或探測從紅外線到光譜中的紫外線部分的整個范圍的光。”
       該團(tuán)隊表示，新技術(shù)可能會帶來一系列令人感興趣的應(yīng)用。例如可以使太陽能電池能夠在單個設(shè)備上捕獲更廣泛的光頻率，這項工作目前需要不同材料的堆疊。這項技術(shù)還可以制造新型的量子探測器和傳感器。

       金剛石以其優(yōu)異的性能在高端制造業(yè)如精密工具、耐磨零件、光學(xué)元件涂層、電子產(chǎn)品配件加工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。此外金剛石不光是“工業(yè)牙齒”，還是“終極半導(dǎo)體”， 以金剛石為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體及器件是未來集成電路，信息時代發(fā)展的基礎(chǔ)，在生物檢測和醫(yī)療、平板顯示、環(huán)保工程、功能器件等多個高新技術(shù)領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用潛力。                                         

       基于此，2020年11月18-20日，由中國超硬材料網(wǎng)&DT新材料主辦的第五屆國際碳材料大會暨產(chǎn)業(yè)展覽會——金剛石論壇將在上?？鐕少彆怪行睦_帷幕。屆時，金剛石論壇將設(shè)超寬禁帶半導(dǎo)體及功能器件分論壇，圍繞金剛石在半導(dǎo)體器件、5G通信、導(dǎo)熱散熱等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用為議題，邀請行業(yè)大咖、專家學(xué)者、企業(yè)代表探討交流，開啟金剛石半導(dǎo)體及功能器件應(yīng)用新時代。

       超寬禁帶半導(dǎo)體及功能器件分論壇

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