迄今發現的最佳半導體材料 立方砷化硼兼具導電和導熱優勢

據最新一期《科學》雜志，來自美國麻省理工學院、休斯頓大學和其他機構的一個研究團隊進行的實驗表明，一種名為立方砷化硼的材料克服了硅作為半導體的兩個限制：為電子和空穴提供很高的遷移率，并具有良好的導熱性能。研究人員說，它可能是迄今為止發現的最好的半導體材料。

硅作為半導體材料，其性能仍存在缺陷。盡管硅中的電子很容易通過它的結構，但它的空穴遷移率較差。而其他材料，如廣泛用于激光的砷化鎵，同樣具有良好的電子遷移率，但不具有空穴遷移率。更重要的是，硅不太善于傳導熱量，因此芯片溫度總是過熱。

論文主要作者之一、麻省理工學院機械工程教授陳剛領導的團隊于2018年預測，立方砷化硼對電子和空穴都有非常高的遷移率，最新研究證實了這一點。

早期實驗表明，立方砷化硼的導熱系數幾乎是硅的10倍。這對于散熱來說非常有吸引力。研究還證明，這種材料具有非常好的帶隙，這一特性使其作為半導體材料具有巨大潛力。

新研究表明，砷化硼具有理想半導體所需的所有主要品質，因為它具有電子和空穴的高遷移率。研究人員指出，這一點很重要，因為在半導體中，正電荷和負電荷是相等的。因此，如果要制造一種設備，就希望有一種電子和空穴的移動阻力更小的材料。

熱量是目前許多電子產品的主要瓶頸，在包括特斯拉在內的主要電動汽車行業中，碳化硅正取代硅成為電力電子產品，因為它的導熱系數是硅的3倍，盡管它的電子遷移率較低。砷化硼的導熱系數是硅的10倍，遷移率也比硅高得多，這可能改變游戲規則。

到目前為止，立方砷化硼只在實驗室規模進行了制造和測試，這些產品并不均勻，還需要更多的工作來確定能否以實用、經濟的形式制造立方砷化硼。但研究人員表示，在不久的將來，人們可能發現這種材料的一些優勢用途，其獨特的性質將帶來明顯改觀。

【總編輯圈點】

硅在半導體行業的“武林盟主”地位已維系幾十年。隨著電子終端產品向精密高端的方向一路狂奔，人們漸漸發現，這位“武林盟主”并非全能冠軍，也有一些軟肋。于是乎，氮化鎵、碳化硅、氧化鋅等各種材料躍躍欲試，前來參加新盟主擂臺賽。比賽規則很簡單：不能僅憑實驗室研究數據說話，更要看在產業中的應用效果。對于新晉選手立方砷化硼而言同樣如此，要想證明自己，還需在產業應用中拿出真憑實績。(實習記者張佳欣)

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