Además de ser la "mejor amiga de una niña", los diamantes también tienen propiedades notables que podrían convertirlos en semiconductores ideales. Esta es una buena noticia para la electrónica; los semiconductores son necesarios para satisfacer la creciente demanda de productos electrónicos más eficientes que entreguen y conviertan la energía.
Es poco probable que cese la sed de productos electrónicos y casi todos los electrodomésticos o dispositivos requieren un conjunto de dispositivos electrónicos que transfieran, conviertan y controlen la energía. Ahora, los investigadores han dado un paso importante hacia esa tecnología con una nueva forma de dopar cristales individuales de diamantes, un proceso crucial para construir dispositivos electrónicos.
"Necesitamos los dispositivos para manipular la energía de la manera que queramos", dijo Zhengqiang Jack Ma, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Wisconsin-Madison. Él y sus colegas describen su nuevo método en el Revista de Física Aplicada , de AIP Publishing.
Para la electrónica de potencia, los diamantes podrían servir como el material perfecto. Son térmicamente conductores, lo que significa que los dispositivos a base de diamantes disiparían el calor de forma rápida y fácil, evitando la necesidad de métodos voluminosos y costosos para la refrigeración. El diamante también puede manejar altos voltajes yLas corrientes eléctricas también fluyen a través de los diamantes rápidamente, lo que significa que el material sería un dispositivo eficiente en energía.
Pero uno de los mayores desafíos para fabricar dispositivos basados en diamantes es el dopaje, un proceso en el que otros elementos se integran en el semiconductor para cambiar sus propiedades. Debido a la estructura cristalina rígida del diamante, el dopaje es difícil.
Actualmente, puede dopar diamantes recubriendo el cristal con boro y calentándolo a 1450 grados Celsius. Pero es difícil quitar el recubrimiento de boro al final. Este método solo funciona en diamantes que consisten en múltiples cristales pegados entre sí.tener irregularidades entre los cristales, los monocristales serían semiconductores superiores.
Puede dopar cristales individuales inyectando átomos de boro mientras crece los cristales artificialmente. El problema es que el proceso requiere microondas potentes que pueden degradar la calidad del cristal.
Ahora, Ma y sus colegas han encontrado una manera de dopar diamantes de un solo cristal con boro a temperaturas relativamente bajas y sin degradación. Los investigadores descubrieron si unías un diamante de un solo cristal con una pieza de silicio dopado con boro, ycalentarlo a 800 grados centígrados, que es bajo en comparación con las técnicas convencionales, los átomos de boro migrarán del silicio al diamante. Resulta que el silicio dopado con boro tiene defectos como vacantes, donde falta un átomo en elestructura reticular: los átomos de carbono del diamante llenarán esas vacantes, dejando espacios vacíos para los átomos de boro.
Esta técnica también permite el dopaje selectivo, lo que significa un mayor control al hacer dispositivos. Puede elegir dónde dopar un diamante de cristal único simplemente uniendo el silicio a ese punto.
El nuevo método solo funciona para el dopaje de tipo P, donde el semiconductor está dopado con un elemento que proporciona portadores de carga positiva en este caso, la ausencia de electrones, llamados agujeros.
"Sentimos que encontramos una manera muy fácil, económica y efectiva de hacerlo", dijo Ma. Los investigadores ya están trabajando en un dispositivo simple que utiliza semiconductores de diamante de cristal único tipo P.
Pero para fabricar dispositivos electrónicos como transistores, necesita dopaje de tipo N que le da a los semiconductores portadores de carga negativa electrones. Y quedan otras barreras. El diamante es caro y los cristales individuales son muy pequeños.
Aún así, dice Ma, lograr el dopaje de tipo P es un paso importante y podría inspirar a otros a encontrar soluciones para los desafíos restantes. Eventualmente, dijo, el diamante de cristal único podría ser útil en todas partes, perfecto, por ejemplo, paraentregando energía a través de la red.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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