เพชรมีคุณสมบัติที่เหนือกว่าซิลิคอนอย่างมากในการเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ โดยมี Bandgap กว้างถึง 5.5 eV เมื่อเทียบกับ 1.2 eV ของซิลิคอน และยังนำความร้อนได้ดีเยี่ยม ทำให้ทรานซิสเตอร์เพชรมีความน่าเชื่อถือสูง แม้จะสลับสถานะได้ยากกว่า แต่ความร้อนที่เกิดขึ้นจะถูกระบายออกไปอย่างรวดเร็ว ป้องกันการละลายที่อาจเกิดขึ้นกับเซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอน
อย่างไรก็ตาม การผลิตแผ่นเวเฟอร์เพชรนั้นไม่ง่ายเหมือนซิลิคอนที่สามารถหลอมกราไฟต์แล้วดึงออกมาเป็นผลึกสมบูรณ์แบบได้ วิธีการที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน เช่น การสร้างแบบโมเสกและการปลูกบนอิริเดียม ยังคงเป็นกระบวนการที่ซับซ้อนและใช้เวลานาน ซึ่งเป็นความท้าทายแรกที่ต้องก้าวผ่านเพื่อสร้างวัสดุพื้นฐานสำหรับทรานซิสเตอร์
อีกหนึ่งอุปสรรคสำคัญคือการเติมสารเจือปน (Doping) เข้าไปในเพชร ซึ่งต่างจากการปลูกถ่ายไอออนในซิลิคอน การเติมสารฟอสฟอรัสและโบรอนแบบธรรมดาสร้างความเสียหายต่อโครงสร้างเพชร นอกจากนี้ เพชรยังยึดจับประจุไฟฟ้าที่เกิดจากการโดปปิงไว้แน่น จนกว่าจะทำงานที่อุณหภูมิสูงมาก นักวิจัยจึงพัฒนาวิธี ‘Delta-Doping’ ซึ่งเป็นการแทรกชั้นเพชรที่ถูกโดปปิงอย่างหนักไว้ระหว่างชั้นเพชรบริสุทธิ์ และใช้ไฮโดรเจนหรือออกซิเจนเพื่อควบคุมพันธะคาร์บอนที่เหลืออยู่ เพื่อสร้างทรานซิสเตอร์แบบ P-type ได้สำเร็จ
ปัจจุบัน ทรานซิสเตอร์เพชรที่ล้ำสมัยที่สุดใช้เทคโนโลยี MESFETs (Metal-Semiconductor Field-Effect Transistors) และการวิจัยยังคงดำเนินไปอย่างต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงการออกแบบ แม้จะยังต้องใช้เวลาอีกนานกว่าจะแก้ปัญหาด้านวิศวกรรมและการผลิตได้ทั้งหมด แต่เป็นไปได้ว่าเราจะได้เห็นการนำเพชรมาใช้เป็นวัสดุระบายความร้อนในอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ซิลิคอนก่อนที่จะได้เห็นทรานซิสเตอร์เพชรเต็มรูปแบบ หากทำได้สำเร็จ เทคโนโลยีนี้จะช่วยให้เราสามารถสร้างทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กลงและมีความหนาแน่นสูงขึ้น เปิดโอกาสใหม่ๆ ที่ซิลิคอนไม่สามารถทำได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น อวกาศ
🏷️ หมวดหมู่: Science, diamond semiconductor, semiconductors
🔗 อ่านบทความฉบับเต็ม: hackaday
