Depunerea chimică a vaporilor de diamant

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Procesul cunoscut sub denumirea de depunere chimică cu vapori a diamantului este o tehnologie microelectronică specială, în acest caz un CVD , care exploatează unele dintre caracteristicile evidente ale diamantului .

Detalii fizice ale diamantului și utilizări

Caracteristicile care îl fac potrivit pentru producția de dispozitive electronice sunt următoarele

  • capacitate excelentă de a conduce căldura . Unele diamante artificiale purificate prezintă o conductivitate termică mai bună decât orice alt material solid cunoscut [ fără sursă ] (este între 2 000 și 2 500 W / ( m · K }, de cinci ori mai mare decât cea a cuprului ). Această proprietate trebuie atribuită stării speciale de legătură care caracterizează atomii structurii cristaline : pe lângă structura tetraedrică a celulelor primitive, care oferă materialului o rigiditate excepțională, există intensitatea forțelor de legătură, mai intensă decât cea care caracterizează majoritatea celorlalte solide covalente, pentru a garanta materialului această sensibilitate remarcabilă la solicitări termice. Această particularitate a diamantului l-a făcut util în dispozitivele de disipare a căldurii utilizate în electronică
  • diamantul are o rezistență dielectrică de 20 până la 50 de ori mai mare decât cea a semiconductoarelor utilizate în mod obișnuit în electronică: aceasta înseamnă că tensiunea maximă de funcționare a unui dispozitiv realizat cu folie de diamant va fi, cu aceleași dimensiuni, proporțional mai mare decât cea a aparate care folosesc materiale standard. Din același motiv, cu aceeași performanță, un dispozitiv diamantat va avea dimensiuni mai mici; prin urmare, această tehnologie se pretează la scalarea, de exemplu, a tranzistoarelor de putere

Dimensiunea mai mică a unui dispozitiv diamant limitează purtătorii de sarcină la regiuni mai mici, unde acestea din urmă vor fi astfel supuse câmpurilor electrice care sunt în general mai intense decât cele prezente într-o componentă normală, în avantajul vitezei de răspuns a componentei. Viteza de funcționare a unui dispozitiv diamantat poate fi de 40 până la 100 de ori mai mare decât cea a unui echivalent realizat folosind tehnologia standard. [ fără sursă ]

Decalajul benzii diamantate, cu o lățime de 5,5 electroni volți (eV), îl face un material ideal pentru dispozitivele care trebuie să funcționeze la temperaturi ridicate. Diodele de barieră Schottky din diamant, care sunt pur și simplu o joncțiune între metale și diamante, pot, de exemplu, să fie operaționale peste 700 de grade Celsius. [ fără sursă ] . Prin urmare, un dispozitiv de acest tip ar putea fi utilizat, de exemplu, în regulatorul digital al unui motor sau într-un sistem similar care trebuie să funcționeze într-un mediu cu temperatură ridicată. Aceleași dispozitive fabricate cu siliciu , a căror distanță de bandă este în jurul electronvoltului, își pierd de fapt caracteristicile peste 150 de grade Celsius.

Diamantul este, de asemenea, un semiconductor relativ neobișnuit pentru capacitatea sa de a forma interfețe de înaltă calitate cu dioxid de siliciu. [ fără sursă ] . Acest tip de interfețe constituie cel mai critic element al tranzistoarelor MOSFET din siliciu (cel mai comun tip de tranzistor utilizat în computere , transceiver-uri moderne și alte aplicații digitale), atât pentru dificultatea ridicată în atingerea nivelurilor de curățare necesare, cât și pentru impactul pe care calitatea a acestor suprafețe are asupra performanței sistemelor în care se găsesc: este deci evident că și din acest punct de vedere proprietățile diamantului ar constitui un element de avantaj competitiv considerabil. Dar capacitatea de a forma conexiuni de înaltă calitate cu alte materiale se extinde și asupra metalelor.

În plus față de proprietățile sale electrice utile, diamantul are o afinitate electronică negativă intrinsecă: adică, electronii de conducere pot scăpa cu ușurință în vid prin emisie termionică , cu condiția să fie înlocuiți în mod evident cu alți electroni care provin dintr-o sursă adecvată. Pentru a obține aceleași caracteristici cu metalele, se crede că temperaturile de ordinul 1 000 - 3 000 ° C. Odată eliberați de pe suprafața diamantului, acești electroni pot fi accelerați de un câmp electric, concentrat într-un fascicul pentru a atinge o țintă, de exemplu un luminofor , a cărui emisie de lumină este proporțională cu curentul electric care îl atinge sau modulată de un semnal. extern. Așa-numitele catode reci cu diamante ar putea fi folosite și ca lămpi de luminiscență mici, pentru a fi utilizate de exemplu ca elemente pentru ecrane plate și poate, de asemenea, în triode submicronice care ar oferi performanțe mult mai bune decât semiconductorii convenționali, în special în echipamentele de alimentare. Din acest punct de vedere, potențialul acestui material ar putea duce, prin urmare, la sinteza dispozitivelor care seamănă mai mult cu tuburi de vid decât tranzistori.

Tehnologii de fabricație

Se știe că diamantele albastre care conțin bor ca impuritate se comportă ca semiconductori , chiar dacă cristalele naturale sunt prea mici și costisitoare pentru a fi utilizate în acest scop. Cu toate acestea, situația se schimbă. În ultimii cinci ani, s-au dezvoltat o gamă largă de tehnici pentru depunerea filmelor de diamant cu grosimi de la câteva sute de atomi la mai mult de un milimetru . Aceste tehnici, dintre care unele produc cristale mari, plate, ar putea face ca semiconductorii de diamant să fie practici. Dispozitivele rezultate ar putea funcționa la viteze de multe ori mai rapide decât omologii lor din siliciu și la temperaturi de până la 700 de grade Celsius, ceea ce ar distruge orice alt dispozitiv electronic.

Inginerie Portal de inginerie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de inginerie