钻石电路适应极端环境


  钻石可制成梦幻般的电路,来源:范德比尔特大学

  电子产品都是用硅和金属氧化物制成,但是,有些环境下,典型的芯片会失效。为了应付更恶劣的环境,如高辐射,冷到零下300华氏度(148.8摄氏度)或热到900华氏度(482.2摄氏度),钻石可能是出路。

  范德比尔特大学(Vanderbilt University)的电气工程师团队已经开发出一些元件,就是用纳米厚(极薄!)的金刚石薄膜制备微电子器件所需的元件。这些晶体管和逻辑门与硅基设备中的相同。但因为它们是用钻石制成,所以,它们们可以做的事情,硅芯片不能做,而且它们也避免了传统设计的一些问题。

  扫描电子显微镜图像:用纳米金刚石薄膜制成的二极管,此图显示这些金刚石元件悬在二氧化硅基板上,来源:范德比尔特大学

  在纳米金刚石中,电子穿过元件之间的真空,而不是流过固态材料,就像它们在常规设备中那样。这就降低了产生的热量,因为没有原子会被电子撞到。这也意味着,传输效率更高,只需小得多的电流就可运行电路。钻石是梦幻般的电子发射器,所以在组件之间创造电子束,只需要很少的电。

  电器工程教授几米?达维森(Jimmy Davidson)说:“钻石是迄今所知的最惰性材料,所以,我们的器件很大程度上不受辐射损坏,而且与硅相比,可以运行在高得多的温度。”

  他们设计的逻辑门发表在近期的《电子快报》(Electronics Letters)杂志上。

  另一个大优点是辐射:例如,在太空,大量的电离辐射可使卫星芯片失效,而替换它们是一项昂贵的业务。但是,由于纳米金刚石是在真空中传输电子,所以,电流不会受到破坏,而电路也不会“跳闸”。当辐射或带电粒子撞击钻石时,干扰是存在的,但这种情况大大减轻少了。

  既然纳米金刚石是在真空中运作,制造商就不得不采取一种方式来封装电路,但是,这在某种程度上已经做过,许多微芯片封装是采用惰性气体或塑料。范德比尔特大学的研究小组发现,军用级的金属密封似乎是一个不错的选择。