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钻石终于在半导体领域找到立足点——用于COVID-19快速检测

2020年4月22日通过泰勒Charboneau

COVID-19检测结果目前需要5-15分钟处理。但是基于钻石的生物场效应晶体管可以将这一时间缩短到仅仅几秒钟。

COVID-19检测非常复杂，企业争相将新的检测措施推向市场。虽然家庭检测的可用性有所改善，但实验室和护理点诊断却落后于公众需求。伊利诺斯州的一家公司现在希望扭转局面。

AKHAN半导体的钻石工艺

AKHAN半导体以其使用金刚石作为宽带隙半导体(WBG)用于计算技术而闻名。

但现在，该公司正在利用它的Miraj钻石平台加快新型冠状病毒检测设备发展。据AKHAN介绍，这种超导材料将解决许多现有的可扩展性、价格和测试速度方面的问题。

AKHAN认为其材料技术是应用生物传感场效应晶体管(bio - fet)的关键。基于MOSFET结构的生物fet器件使用生物传感组件来分析病毒制剂。生物场效应晶体管是一种离子敏感场效应晶体管(ISFET)。它们用电解质溶液取代了传统的金属栅极。

AKHAN独特的Bio-FET溶液可调节气体和液体悬浮液，使其适合生物分析。它也可以在超过300°C的温度下工作。

一个典型的生物fet图，显示了一个生物受体结构

其他COVID-19快速检测可在5至15分钟内评估感染情况，而Bio-FET系统可在短短几秒钟内提供结果。科学家利用这些即时结果来测试埃博拉和SARS。冠状病毒与SARS的相似程度为86%(另一种冠状病毒)，使其自然成为名单上的新成员。

生物fet系统的结构完整性一直是一个持久的痛点。内部和外部组件都是敏感的。相比之下，AKHAN半导体公司表示，Miraj Diamond更容易处理高温，同时寿命更长。该公司还声称Miraj组件的厚度只有其他解决方案的1/1000。

然而，集成核心技术并非没有问题。首席执行官Adam Khan解释说:“主要的挑战是抗体连接层与电子设备设计之间的牢固而敏感的连接。”

Miraj钻石激光透镜

这一层构成了“该设备独特的生物特性”。纳米晶钻石与血液、病毒和抗体具有生物相容性。

专业人员必须在测试之间对设备部件进行消毒。金刚石组件可以经受多次使用刺激性化学物质的处理，提高它们的长期可用性。

测试机器非常复杂——病毒检测和电气系统都必须进行优化。AKHAN说，他们的金刚石材料可以轻松隔离电压，使其适用于高要求的应用。AKHAN还表示，金刚石半导体比其他解决方案的效率至少高出90%。保持权力是关键。

新冠肺炎疫情大规模影响半导体制造。许多公司已经将常规业务转移到设计通风设备和测试设备上。我们询问了AKHAN半导体公司，他们是如何预测疫情导致生产转移的。Khan回应说:“我们预计在未来3年内，多达50%的产量将转向与2019冠状病毒相关的设备。”

预计疫情将立即得到加强，但该组织已将长期存在的COVID-19检测列为优先事项。Khan还预计对Miraj Diamond组件的需求将会膨胀:“需求将呈指数级增长，我们准备扩大我们的生产以适应需求曲线，每年超过1000万个组件。”

Miraj钻石

考虑到美国有超过3.29亿的居民，这种生产水平是非常需要的。获得测试是至关重要的，那么谁将受益?Khan希望钻石解决方案的可扩展性将促进“现场护理和环境监测的大规模商业化”。

通用测试不会在一夜之间实现，大规模商业化也不会。Khan表示，现有的生物传感器诊断oem将是这些组件的早期采用者。该公司的目标是扩大销售——一旦现有的瓶颈得到解决，乐观的反馈就会涌进来。

AKHAN半导体公司声称其Miraj Diamond可以改进传统半导体设计。Miraj钻石采用200毫米半导体工艺生产，利用甲烷气体作为输入，导致金刚石晶圆生产。甲烷在加热表面(通过等离子球)发生裂解是一个重要的步骤。AKHAN设施还配备了快速的内部原型和测试设备。

该公司称其金刚石纳米材料的导电性是铜的五倍。它们的导热性能是硅的22倍。它只需要相对较少的材料就能达到传统材料的相同性能。隔离1万伏特所需的金刚石比硅少50倍。

各种功率半导体的性能

除了COVID-19检测，AKHAN预计其钻石半导体将在所有行业引起轰动，其显著应用包括“更快的超级计算机、先进的雷达和电信、超高效混合动力汽车、极端环境下的电子产品，以及下一代航空和航空电子设备。”雷竞技最新app

在过去的一篇文章中，AAC撰稿人Robert Keim提到，在很多方面，钻石作为一种未来的半导体还停留在理论领域。但也许AKHAN实验室钻石的使用案例可能是人们期待已久的COVID-19广泛检测的关键。

除了碳化硅和氮化镓这两种越来越普遍的半导体，你认为哪种宽带隙半导体最有前途?请在下面的评论中分享你的想法。