新式氧化铪研制成功 光伏电池有望再突破

  英国剑桥大学工程系的安德鲁.弗洛维特领导的研究团队,研制出一种介电常数更高的新式氧化铪,有望用于制造下一代更微型的电子设备、光伏制造设备以及更高效的光伏电池等。目前,氧化铪已成为电子工业领域的关键材料。

  氧化铪等金属氧化物的应用范围非常广泛。正常情况下,它们一般通过喷溅在基座上制造而成。然而,当科学家们试图通过喷溅制造高质量的电子材料时,却碰到了一个问题,即很难精确控制沉积过程的能量情况以及材料的属性。为此,弗洛维特团队使用了英国等离子探索有限公司研发的新奇沉积技术——利用高靶溅射(HiTUS)来促进等离子溅射。

  氧化铪是一种电绝缘体,能被用于制造光学涂层、电容器以及晶体管等。因为氧化铪的介电常数(电位移与产生电位移的电场密度之间的比率)比较高,而材料的介电常数越高,其存储电荷的能力越强,也就是说电容越大,有些公司目前正用氧化铪替代晶体管中的二氧化硅。

  氧化铪可以不同的非晶体结构和多晶体结构的形式出现。但非晶体结构缺少多结晶结构内存在的晶界(一个多晶体内材料内,两个晶体相遇的点就是晶界),因此比多晶体结构更好。晶界就像导电通路,不仅会让电阻率变小,也会导致设备大面积出现导电能力不均的情况,这会导致设备的性能变得不均匀。然而,迄今为止,非晶体氧化铪的介电常数一直比较低,仅为20左右,而弗洛维特团队研制出的新式氧化铪的介电常数则高于30。

  弗洛维特表示,与其他形式相比,非结晶电介质(包括氧化铪)的性质更加均匀,而且,没有晶界也使材料的电阻率更高、光子散射更低。

  研究人员在室温下,利用快速沉积过程制造出了新材料,这使其尤其适合用来制造有机电子器件、大容量的半导体等。没有晶界也使该材料成为制造光学涂层和高效光伏设备的理想材料。

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