Stretch diamond pro novou generaci mikroelektroniky

Utahovací diamanty z mikrovláken dláždí cestu pro aplikace mikroelektroniky nové generace. Půjčka: Dang Chaokun / Hong Kong City University

Diamant je nejtvrdší materiál v přírodě. Ale na co se těšit, má velký potenciál jako vynikající elektronický materiál. Společná výzkumná skupina vedená Hongkongskou univerzitou (CityU) poprvé pomocí nanomechanického přístupu prokázala velkou rovnoměrnou pevnost v tahu diamantových hmot z mikrovláken. Jejich zjištění ukazují, že napjaté diamanty jsou předními kandidáty na pokročilá funkční zařízení v mikroelektronice, fotonice a kvantové informační technologii.

Studii vedl Dr. Lu Yang, docent na katedře strojního inženýrství CityU a vědci z Massachusetts Institute of Technology (S:) և Harbin Institute of Technology (HIT). Jejich výsledky byly nedávno zveřejněny v prestižním vědeckém časopise Věda:“Dosažení velké rovnoměrnosti pevnosti v tahu mikrostruktury diamantu”.

„Poprvé ukazuje velmi velkou a rovnoměrnou pružnost diamantu prostřednictvím elastických experimentů. „Naše nálezy ukazují potenciál pro vývoj elektronických zařízení prostřednictvím„ hlubokého tahového inženýrství “z mikrofabrikovaných diamantových struktur,“ uvedl Dr. Loon.

Diamond – Mount Everest elektronických materiálů

Známý svou tvrdostí, průmyslovým využitím diamantů je obvykle řezání, vrtání nebo broušení. Ale diamant je také považován za vysoce kvalitní elektron-fotonový materiál díky své extrémně vysoké tepelné vodivosti, mobilitě výjimečného nosiče elektrického náboje, vysoké poruchové síle a extrémní šířce pásma. Bandgap je hlavním rysem polovodičů, և wide bandgap umožňuje pracovat na zařízeních s vysokým výkonem nebo vysokými frekvencemi. „Proto lze diamant považovat za elektronický materiál Everestu, který má všechny tyto vynikající vlastnosti,“ řekl Dr. Lu.

Tahové napětí diamantových mostů

Popis pevnosti v tahu návrhů diamantových můstků z mikrovláken. Půjčka: Dang Chaokun / Hong Kong City University

Pevná krystalová struktura velkého diamantového pásu ամ však ztěžuje „dopování“ modulací elektronických vlastností polovodičů během výroby, čímž brání průmyslovému použití diamantů v elektronických optoelektronických zařízeních. Možnou alternativou je „zátěžový inženýrský systém“, tj. Použití velmi vysokého síťového napětí, změna struktury elektronického pásma a s ním spojené funkční vlastnosti. Ale pro diamant to bylo považováno za „nemožné“ kvůli jeho extrémně vysoké tvrdosti.

Poté v roce 2018 Dr. Loon և a jeho kolegové zjistili, že překvapivě nanoměřítkový diamant lze ohýbat pružně s neočekávaně vysokými místními napětími. Toto zjištění naznačuje, že je možné změnit fyzikální vlastnosti diamantu tahovým inženýrstvím. Na základě toho nedávná studie ukázala, jak lze tento jev využít k vývoji funkčních diamantů.

Homogenní roztahování na vzorku

Tým nejprve mikroskopoval jeden vzorek krystalického diamantu z jednoho krystalu pevného diamantu. Vzorky vypadaly jako most. Asi jeden mikrometr dlouhý և 300 nanometrů široký, oba konce byly širší, aby držely (viz obr. 2). Diamantové můstky byly poté jednostranně nataženy v dobře kontrolovaném elektronovém mikroskopu. Při kontinuálních cyklech nakládání a vykládání řízených քանակ řízených kvantitativních tahových zkoušek vykazovaly diamantové můstky velmi homogenní, velkou deformaci v tahu o velikosti asi 7,5% v celé měřicí části vzorku, nedeformované v lokalizované oblasti kůry. A po vyložení obnovili své původní vejce.

Při další optimalizaci geometrie vzorku pomocí standardu American Society for Experimental Materials (ASTM) dosáhli maximální rovnoměrné pevnosti v tahu až 9,7%, což dokonce překročilo maximální lokální hodnotu studie z roku 2018 և blízko rozsahu. diamantový elastický okraj. Ještě důležitější je, aby demonstroval myšlenku zařízení pro napínání diamantů, tým také pochopil tahové napětí hmot z diamantu z mikrovláken.

Úprava šňůrkového pásu pomocí elastických napětí

Tým poté provedl výpočty teorie funkční hustoty (DFT) k odhadu vlivu napětí v tahu na elektronické vlastnosti diamantu z 0 na 12%. Výsledky modelování ukazují, že diamantová vazba obecně klesá se zvyšujícím se tahovým napětím, přičemž nejvyšší rychlost redukce vazby klesá z přibližně 5 eV na 3 elektrický proud, přibližně 9% napětí podél specifické orientace krystalu. Tým provedl spektroskopii ztráty elektronové energie na předpjatém vzorku diamantu, aby zkontroloval klesající trend v tomto pásmu.

Výsledky jejich výpočtů také ukazují, že je zajímavé, že pás lze nepřímo změnit na jinou krystalickou orientaci pružných deformací nad 9%. Přímé propojení v polovodiči znamená, že elektron může vyzařovat foton přímo, což umožňuje efektivnější využití více optoelektronických aplikací.

Tyto objevy jsou počátkem technologického systému hlubokých tahových napětí u diamantů z mikrovláken. S nanomechanickým přístupem tým ukázal, že struktura diamantové pásky může být změněna, a co je důležitější, změny mohou být kontinuální, reverzibilní, což umožňuje aplikace od mikro / nanoelektromechanických systémů (MEMS / NEMS) až po tranzistory s napětím. optoelektronika: kvantové technologie. „Myslím, že máme novou éru diamantů,“ řekl doktor Lu.

Odkaz. Chaoqun Dang, Jyh-Pin Chou, Bing Dai, Chang-Ti Chou, Yang Yang, Rong Fan, Weitong Lin, Fanling Meng, Alice Hu, Jiaqi Zhu, Jiecai Han, Endrew M. Menší, Ju a Li Yang Lu, 1. ledna 2021 Věda:,
DOI: 10.1126 / science.abc4174:

Autoři tohoto článku jsou Dr. Lun, Dr. Alice Hu, také z CityU MNE, profesor Lee Ju Yu z MIT a profesor Hu a Ia z HIT. Spoluautoři jsou Ph.D. Alumni Dang Chaokun և Dr. Chow Yi-Pin, bývalý student CityU MNE PhD, Dr. Dai Bing z HIT և Chou Chang-Ti z Chiao Tung National University. Tým tvoří Dr. Fan Rong a Lynn Waitong z CityU. Dalšími spolupracujícími vědci jsou Lawrence Berkeley National Laboratory, University of California, Berkeley“Southern Science” University of Technology.

Výzkum na CityU byl financován Hongkongskou národní přírodovědnou nadací, Hongkongskou radou pro výzkumné granty.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Naneste na krém Deep Heat

Podle Experimentální biologie 6. května 2021 Studie odhalila zvýšení aerobního výkonu u sportovců, kteří používali krém s hlubokým teplem bez lékařského předpisu. Hluboké tepelné krémy, které sportovci...

Skladování obnovitelné energie v kamenech místo lithiových baterií

V případě přebytku elektřiny z větru nebo slunce se energetická rezerva nabije. To se děje prostřednictvím systému kompresorů a turbín, které čerpají tepelnou...

Byly vyvinuty ploché nudle, které se při vaření transformují do tvaru

CMU Lab vede vývoj nudlí, které se při vaření transformují do tvaru. Fotografický kredit: Carnegie Mellon University Ploché nudle zajišťují udržitelnější balení, přepravu a...

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Newsletter

Subscribe to stay updated.