A gyémántalapú félvezetők forradalma: megérkezett a valódi szuperanyag

Miért akar mindenki gyémántot?

A gyémánt félvezetőként gyakorlatilag ellentéte a szilíciumnak: hatalmas a tiltott sávja (5,5 eV a szilícium 1,2-jével szemben), valamint kiváló a hővezetése. Az eredmény: nagyon megbízható, stabil tranzisztor, amelyben a kapcsoláskor keletkezett hő villámgyorsan távozik – szemben a szilíciummal, ahol könnyen túlmelegedhet az eszköz. A gond csak az, hogy ebből a ragyogó kristályból az áramköröket is nehezebb kialakítani: nem lehet egyszerűen megolvasztani a grafitot, és abból kiönteni gyémánt chipeket.

Gyártási rémálom, de van remény

A gyémántalapú áramkörök készítéséhez ma irídiumon növesztett kristályokat és mozaikos növesztési módszert is alkalmaznak, de egyik sem ideális, rengeteg fejtörést okoz a mérnököknek. Ennél is nagyobb gond az adalékolás: szilícium esetén ionimplantációval lehet foszfort vagy bórt bejuttatni, de a gyémántnál nem ilyen egyszerű a helyzet. Hiába próbálnak elektronokat juttatni a kristályba, a gyémántban az adalékok alig aktiválódnak – igazán csak extrém hőmérsékleten működnek.

Fokozatos áttörések

Az igazi áttörést a delta-adalékolás hozta, ahol erősen adalékolt rétegeket váltogatnak tiszta rétegekkel. P-típusú (bórral adalékolt) tranzisztorok már születtek így, de csak miután hidrogénnel vagy oxigénnel stabilizálták a szabad kötéseket. A legfejlettebb kapcsolóelemek jelenleg fém-félvezető térvezérlésű tranzisztorok, de még mindig sok a kutatnivaló.

Több, kisebb, gyorsabb

Ha végül sikerül a gyémántot rutinszerűen tranzisztorokhoz alkalmazni, az új generációs chipek még több, még kisebb alkatrésszel működhetnek, amelyek extrém környezetben, például az űrben is ellenállóak maradnak. Valószínűleg előbb látjuk őket szilíciumchipek hűtőbordájaként, de a jövő még szikrázóbb lehet – persze gyémántként.

2025, adrienne, hackaday.com alapján