金刚石芯片商用在即 性能优秀成本却高出上万倍

金刚石芯片商用在即 性能优秀成本却高出上万倍 而在氮化镓和碳化硅之后，金刚石也就是钻石，作为一种新半导体材料闯入了大家的视线当中，并引发了研究人员和行业专家的关注。金刚石以其无与伦比的硬度和亮度而闻名，半个多世纪以来，珠宝首饰是它最广泛也是最有价值的用途，如今它又因自己的特性，在半导体材料中开辟了一番广阔的前景。金刚石芯片，有何优势与现有的半导体材料相比，金刚石主要具有三大优势：热管理、成本/效率优化和二氧化碳减排。在所有传统的功率转换器中，冷却系统都是一个必要的累赘。与大多数半导体材料不同，金刚石的电阻率随温度升高而降低。因此，用这种材料制成的设备在 150 摄氏度（功率设备的典型工作温度）下比在室温下性能更好。虽然必须花费大量精力来冷却暴露在高温下的硅或碳化硅器件，但只需让金刚石在运行过程中找到一个稳定的状态即可。金刚石还是一种良好的散热器。由于散热损耗少、散热能力强且能在高温下工作，用金刚石有源器件制成的转换器可以比基于硅的解决方案轻 5 倍、小 5 倍，比基于碳化硅的解决方案轻 3 倍、小 3 倍。在设计设备和转换器时，必须在系统的能效与成本、尺寸和重量之间做出权衡。金刚石也不例外，但金刚石能在关键参数上为更节能的电动汽车带来价值。如果重点是降低设备成本，那么可以设计出比碳化硅芯片成本低 30% 的金刚石芯片，因为在电气性能和效率相同的情况下，金刚石芯片比同等的碳化硅芯片少消耗 50 倍的金刚石面积，而且热管理更好。如果注重效率，金刚石与碳化硅相比，可将能量损耗降低三倍，芯片体积最多可缩小 4 倍，从而直接节省能耗。如果侧重于系统体积和重量，通过提高开关频率，金刚石器件可将无源元件的体积比基于碳化硅的转换器减少四倍。除了体积上的减少之外，还可以通过缩小散热器来实现。值得一提的是，金刚石还具备极高的绝缘性。衡量不同材料绝缘性好坏的一大重要指标是击穿电场强度，表示材料能承受的最大电压不造成电击穿。作为对比，硅材料的击穿电场强度为0.3 MV/cm左右，SiC为3 MV/cm，GaN为5 MV/cm，而钻石则为10 MV/cm，而且即使是非常薄的钻石切片也具有非常高的电绝缘性，能够抵抗非常高的电压。从具体用途来看，金刚石基板具有优异的导热性，可为高功率 5G 元件（基站、放大器）实现高效散热，确保运行稳定性并防止过热。5G 基础设施的不断推出和对更快数据速度的无限需求，推动了各种 5G 相关设备对金刚石基板的采用。5G 数据流量的指数级增长意味着需要设备能够管理在极高频率下产生的大功率密度。金刚石衬底为这些问题提供了答案。此外，与传统的硅基解决方案相比，金刚石衬底与氮化镓或碳化硅配对，可制造出工作电压更高、频率更高、能效更高的功率器件，电动汽车、用于可再生能源的电源逆变器、工业电机驱动器、大功率激光器和先进电源都是金刚石衬底应用日益广泛的领域。金刚石衬底作为出色的散热器，可以延长这些设备的使用寿命和可靠性。而随着向更清洁能源的过渡和汽车电气化进程的加快，金刚石衬底也将发挥至关重要的作用。尽量减少功率转换过程中的能量损耗可以提高整体效率，这是电动汽车和可持续电网的一个重要方面。金刚石基底能够设计出更紧凑、重量更轻的电力电子器件，这对电动汽车等空间受限的应用至关重要。国外的Virtuemarket的数据指出，2023年全球金刚石半导体基材市场价值为1.51亿美元，预计到2030年底市场规模将达到3.42亿美元。在2024-2030年的预测期内，该市场预计将以复合年增长率增长12.3%。其认为，在中国、日本和韩国等国家电子和半导体行业不断增长的需求的推动下，亚太地区预计将主导金刚石半导体衬底市场，到 2023 年将占全球收入份额的 40% 以上。金刚石芯片，面临挑战当然，性能如此优秀的半导体材料，在其他方面不免受到一些限制。首先就是成本。与硅相比，碳化硅的成本是其 30 到 40 倍，而氮化镓的成本是其 650 到 1300 倍。用于半导体研究的合成金刚石材料的价格约为硅的 10000 倍。另一个问题是金刚石晶片尺寸太小，市场上最大的金刚石晶片尺寸还不到 10 平方毫米。使用离子注入法掺杂这种材料很困难，而且这种材料的电荷载流子活化效率在室温下会降低。为了解决生产应用方面的问题，不少公司都在努力攻关金刚石量产的相关技术。2023年初，日本佐贺大学与日本Orbray共同合作开发了金刚石制成的功率半导体，他们在蓝宝石衬底上制成2英寸的单晶圆，2023年10月，美国的Diamond Foundry于成功制造出了世界上第一块单晶钻石晶圆，直径约4英寸。除了上述两家公司外，位于法国格勒诺布尔的半导体金刚石初创公司Diamfab也在为了金刚石芯片的技术而不断努力。今年3月，该公司宣布获得870万欧元的首轮融资。这笔资金来自Asterion Ventures、法国政府代表法国政府管理的法国科技种子基金（法国2030的一部分）、Kreaxi与Avenir Industrie Auvergne-Rhône-Alpes地区基金、Better Angle、Hello Tomorrow和格勒诺布尔阿尔卑斯大区。Diamfab 是法国国家科学研究中心（CNRS）实验室奈尔研究所（Institut Néel）的衍生产品，也是 30 年来合成金刚石生长研发的成果。Diamfab 项目最初在格勒诺布尔阿尔卑斯 SATT Linksium 进行孵化，该公司于 2019 年 3 月成立，由两位纳米电子学博士和半导体金刚石领域公认的研究人员 Gauthier Chicot 和 Khaled Driche 创办。Diamfab表示，为了满足汽车、可再生能源和量子产业的半导体和功率元件市场需求，公司在合成金刚石的外延和掺杂领域开发出了突破性技术。其在合成金刚石的外延和掺杂领域开发出了突破性技术，并拥有四项专利，其专长在于薄金刚石层的生长和掺杂，以及金刚石电子元件的设计。第一轮融资将使 Diamfab 能够建立一条试验生产线，对其技术进行工业化前处理，加速其发展，从而满足对金刚石半导体日益增长的需求。Diamfab此前已经申请了全金刚石电容器的专利，并正在与该领域的领先企业合作， Diamfab 首席执行官 Gauthier Chicot 说道：“在其他参数中，我们已经实现了我们的目标：超过 1000A/cm2 的高电流密度和大于 7.7MV/cm 的击穿电场。这些是未来设备性能的关键参数，并且已经优于 SiC 等现有材料为电力电子设备提供的参数。此外，我们有一个明确的路线图，到 2025 年实现 4 英寸晶圆，作为大规模生产的关键推动因素。”“在过去的两年中，我们在与研发团队合作加工高附加值金刚石晶片方面取得了重大进展。现在，我们基于双重业务模式的应用导向方法将使我们能够与更广泛的工业合作伙伴合作，开发和销售高附加值金刚石晶片和我们的专利金刚石设备制造工艺，同时还能以轻型工厂模式直接向最终用户销售产品，”Chicot 说。“在像我们这样的尖端产业的发展过程中，每个阶段都至关重要。试点项目将促进我们与合作伙伴的许多讨论，并加强我们之间的关系。与致力于该行业和气候的投资者合作，最重要的是他们了解该行业的制约因素和联系，这一点至关重要，” Chicot表示。“我们开发的技术可以大大减少半导体的历史碳足迹，并通过转移欧洲的关键产业来实现这一目标，这也是我们与 Asterion 合作的投资重点之一，”负责此次交易的 Asterion Ventures 合伙人 Charles-Henry Choel 解释说，“工业深度技术公司需要冷静、长期的支持，而这正是我们所能提供的。”无独有偶，美国的Advent Diamond也是这样一家致力于将金刚... PC版： 手机版：

韩国研究人员实现在常压下生长钻石 耗时仅15分钟

韩国研究人员实现在常压下生长钻石 耗时仅15分钟 在地球上，唯一具备适当自然条件的地方是地幔深处，在地下数百英里处。只有在火山爆发时，它们才会被带到更接近地表的地方，因此它们非常罕见。再加上历史上一些巧妙的营销手段，这块小石头就变得非常抢手了。几十年来，科学家们一直在实验室中培育人工钻石，但通常仍需要极端条件近 50000 个大气压的压力和约 1500 °C （2,732 °F）的温度。但现在，一种新技术已经在正常压力水平和较低温度下培育出了钻石。这种新方法由韩国基础科学研究所（IBS）和蔚山国立科学技术研究院（UNIST）的一个团队开发，利用一种由镓、铁、镍和硅组成的液态金属合金合成钻石。在一个 9 升（2.4 加仑）的容器中，将这种金属混合物置于温度为 1025 °C （1877 °F）的甲烷和氢气中。15 分钟后，气体从系统中排出，底部会形成一层金刚石薄膜。这层膜可以很容易地剥离出来，用于研究或直接投入工作。通常情况下，合成金刚石技术需要"种子颗粒"让第一批碳原子吸附在周围形成金刚石。但在这种情况下，液态金属中的微量硅似乎有助于碳原子形成簇。最终得到的是非常纯净的钻石。其他金属可以替换使用，但硅似乎对这一过程至关重要。研究人员现在计划研究其他液态金属合金和气体，甚至是固态碳，看看它们能不能制造出钻石。虽然我们不可能很快戴上在液态金属大桶中培育的钻石，但它们可以首先在工业应用中找到用武之地。这项研究发表在《自然》杂志上。 ... PC版： 手机版：

新研究揭示重新配置的经典计算机有能力超越量子计算机

新研究揭示重新配置的经典计算机有能力超越量子计算机 量子计算被誉为一种在速度和内存使用方面都能超越经典计算的技术，有可能为预测以前不可能预测的物理现象开辟道路。许多人认为，量子计算的出现标志着经典或传统计算模式的转变。传统计算机以数字比特（0 和 1）的形式处理信息，而量子计算机则采用量子比特（量子位），以 0 和 1之间的数值存储量子信息。在某些条件下，这种以量子位处理和存储信息的能力可用于设计量子算法，从而大大超越经典算法。值得注意的是，量子以 0 和 1 之间的数值存储信息的能力使得经典计算机很难完美地模拟量子计算机。然而，量子计算机很不稳定，容易丢失信息。此外，即使可以避免信息丢失，也很难将其转化为经典信息，而经典信息是进行有用计算的必要条件。经典计算机不存在这两个问题。此外，巧妙设计的经典算法可以进一步利用信息丢失和翻译这两个难题，以比以前想象的要少得多的资源模拟量子计算机正如最近发表在《PRX Quantum》杂志上的一篇研究论文所报告的那样。科学家们的研究结果表明，与最先进的量子计算机相比，经典计算可以通过重新配置来执行更快、更精确的计算。这一突破是通过一种算法实现的，这种算法只保留了量子态中存储的部分信息只够精确计算最终结果。纽约大学物理系助理教授、论文作者之一德里斯-塞尔斯（Dries Sels）解释说："这项工作表明，改进计算的潜在途径有很多，包括经典方法和量子方法。此外，我们的工作还凸显了利用容易出错的量子计算机实现量子优势有多么困难。"为了寻求优化经典计算的方法，塞尔斯和他在西蒙斯基金会的同事们把重点放在了一种能忠实呈现量子比特之间相互作用的张量网络上。这些类型的网络出了名的难处理，但该领域的最新进展使得这些网络可以借用统计推理的工具进行优化。作者将该算法的工作与将图像压缩成 JPEG 文件进行了比较，JPEG 文件可以通过消除信息，在几乎感觉不到图像质量损失的情况下，使用更少的空间来存储大型图像。"为张量网络选择不同的结构，就相当于选择不同的压缩形式，就像为图像选择不同的格式，"领导该项目的 Flatiron 研究所约瑟夫-廷德尔（Joseph Tindall）说。"我们正在成功开发用于处理各种不同张量网络的工具。这项工作反映了这一点，我们相信，我们很快就会进一步提高量子计算的标准。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

《2024计算机四级》

《2024计算机四级》 简介：《2024计算机四级》推测是与2024年计算机四级考试相关的学习资料。可能包含计算机四级考试大纲解读、各个科目的知识点总结，如操作系统、计算机网络、数据库原理等；还会有大量的真题和模拟题，以及详细的答案解析，帮助考生熟悉考试题型和命题规律，掌握解题思路和技巧；也许还会提供备考建议、学习计划等内容，为备考2024年计算机四级考试的考生提供全面的学习支持，助力他们顺利通过考试 标签： #计算机四级#考试备考#计算机考试#学习资料#真题模拟 文件大小：NG 链接：https://pan.quark.cn/s/8d2f94a5f2bc

2024年日全食：超级计算机预测与现实对比

2024年日全食：超级计算机预测与现实对比 访问：NordVPN 立减 75% + 外加 3 个月时长 另有NordPass密码管理器 Predictive Science Inc.公司的科学家利用超级计算机和空间观测站的数据，旨在预测2024年4月8日日全食期间日冕的外观。图片来源：Predictive Science Inc.、NASA/KeeganBarber这些预测有助于研究人员了解其太阳日冕模型的准确性，日冕沿着太阳磁场延伸。日食为从地球观测整个日冕提供了一个难得的机会，指导研究日冕的能量如何导致太阳耀斑和日冕物质抛射，从而破坏地球和太空的技术。2024 年日全食日冕预测。资料来源：Predictive Science Inc.2024 年日全食实际合成图。图片来源：NASA/KeeganBarber研究人员使用了位于加利福尼亚硅谷美国宇航局艾姆斯研究中心的美国宇航局高级超级计算设施中的Aitken, Electra与Pleiades超级计算机，利用美国国家航空航天局太阳动力学天文台、欧空局（欧洲航天局）和美国国家航空航天局太阳轨道器提供的近实时数据创建了日冕的动态模型。研究小组的模型准确地预测了几个细节，包括图像左上方和左下方的长流线，但与真实图像相比，流线的位置略有偏差。这很可能是因为太阳远侧的一些新活动影响了日冕的外观，但当时还没有看到这些活动，因此无法将其纳入模型。一旦纳入，模型就会与日冕的观测照片更加吻合。Predictive Science公司的研究科学家库珀-唐斯（Cooper Downs）认识到日冕本身非常复杂，在太阳极大期很难预测，他说："我们对这次模拟感到非常兴奋。它确实产生了很多科学后果，我想我们会对其进行长期探索。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

NASA超级计算机破解400年前困扰伽利略的太阳磁场之谜

NASA超级计算机破解400年前困扰伽利略的太阳磁场之谜 自从首次观测到太阳的磁场活动以来，天文学家一直在努力确定这一过程的起源。现在，在美国国家航空航天局的超级计算机上进行了一系列复杂的计算后，研究人员发现磁场产生于太阳表面以下约2万英里处。这一发现与之前的理论相矛盾，之前的理论认为这一现象起源很深从太阳表面下 13 万英里处开始。这项研究成果于 5 月 22 日发表在《自然》杂志上。这项新发现不仅有助于我们更好地了解太阳的动态过程，还能帮助科学家更准确地预报强大的太阳风暴。虽然本月的强太阳风暴释放出了美丽、绵延的北极光，但类似的风暴也会造成严重破坏损坏地球轨道卫星、电网和无线电通信。这幅插图在美国宇航局太阳动力学天文台拍摄的图像上描绘了太阳的磁场。复杂的线条叠加可以让科学家们了解太阳磁性随着太阳内部和外部的不断运动而变化的方式。图片来源：NASA/SDO/AIA/LMSAL"自伽利略以来，了解太阳磁场的起源一直是一个悬而未决的问题，这对于预测未来的太阳活动（比如可能撞击地球的耀斑）非常重要，"该研究的合著者丹尼尔-勒科阿内说。"这项工作为太阳磁场的产生提出了一个新的假设，它能更好地匹配太阳观测数据，我们希望它能用于更好地预测太阳活动。"莱科阿内是天体流体力学专家，现任西北大学麦考密克工程学院工程科学与应用数学助理教授，同时也是天体物理学跨学科探索与研究中心的成员。苏格兰爱丁堡大学数学教授 Geoffrey Vasil 领导了这项研究。令人费解的历史几个世纪以来，天文学家一直在研究太阳磁场活动的蛛丝马迹。其中包括伽利略，他在 1612 年首次对太阳黑子进行了详细观测。伽利略利用早期的望远镜甚至肉眼，记录下了太阳磁场不断变化所产生的黑斑。多年来，天文学家在了解太阳产生磁场的物理过程的起源方面取得了重大进展，但局限性依然存在。例如，一些理论认为太阳动力起源于深海，并预言了天文学家从未观测到的太阳特征，如高纬度地区的强磁场。这张照片拍摄于美国东部时间2013年6月20日晚上11:15，显示了太阳左侧太阳耀斑的亮光，以及太阳物质喷发穿过太阳大气层的现象，称为突出喷发。图片来源：NASA/Goddard/SDO缺失的碎片为了解决这个难题，研究小组开发了新的、最先进的数值模拟来模拟太阳磁场。与以前的模型不同，新模型考虑了扭转振荡，这是气体和等离子体在太阳内部和周围流动的一种周期性模式。由于太阳不像地球和月球那样是固态的，因此它并不像一个物体那样自转。相反，它的自转随纬度而变化。与 11 年的太阳磁周期一样，扭转振荡也经历了 11 年的周期。莱科阿内说："由于波的周期与磁周期相同，人们一直认为这些现象是有联系的。然而，太阳磁场的传统'深层理论'并不能解释这些扭转振荡的来源。一个耐人寻味的线索是，扭转振荡只出现在太阳表面附近。我们的假设是，磁循环和扭转振荡是同一物理过程的不同表现形式。"当西北大学莱科阿内实验室的博士后研究员凯尔-奥古斯丁森（Kyle Augustson）进行数值模拟时，研究人员发现他们的新模型为扭转振荡中观察到的特性提供了定量解释。该模型还解释了太阳黑子是如何遵循太阳磁场活动模式的这也是深起源理论所缺失的另一个细节。改进预测研究人员希望通过更好地了解太阳的发电机，改进对太阳风暴的预测。当太阳耀斑和日冕物质抛射向地球发射时，它们会严重破坏电力和电信基础设施，包括GPS导航工具。例如，本月最近发生的太阳风暴就在播种旺季破坏了农用设备的导航系统。但研究人员认为，1859 年 9 月袭击加拿大的一场更为强烈的太阳风暴值得警惕。这场被称为卡灵顿事件的强烈风暴破坏了加拿大刚刚起步的电报系统。如果有足够的预警，工程师们就可以采取措施防止未来发生灾难性的破坏。莱科阿内说："虽然最近的太阳风暴威力巨大，但我们担心的是像卡林顿事件那样威力更大的风暴。如果今天类似强度的风暴袭击美国，估计将造成 1 万亿到 2 万亿美元的损失。虽然太阳动力学的许多方面仍然笼罩在神秘之中，但我们的工作在破解理论物理学中最古老的未解难题之一方面取得了巨大进步，并为更好地预测危险的太阳活动开辟了道路。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：