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最佳半導體材料現世！立方砷化硼兼具導電和導熱優勢
2022年07月25日 09:05:37
來源：化工儀器網 作者：羊舌木 點擊量：4462
然而目前發現，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。
【化工儀器網 項目成果】半導體材料是一種導電能力介于導體和絕緣體之間、可用來制作半導體器件和集成電路的電子材料，例如硼、金剛石、鍺、硅、灰錫、銻、硒、碲等，或者 SiC 這種合成材料。現階段，人類文明現代科技便是建立在以硅為代表的這類半導體材料之上的成果，從太陽能電池到芯片都離不開它，但因導熱和其它原因硅也注定了無法成為最理想的半導體材料。
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。
傳統的唯象理論認為，高晶格熱導率只存在于類似金剛石的，僅由輕元素以強共價鍵結合形成的高對稱性的簡單結構中。最新的第一性原理計算和實驗表征工作發現，未曾引起人們關注的砷化硼半導體由于其獨特的聲子散射機制，可以產生反常的超高熱導率，說明砷化硼在散熱領域擁有巨大的研究價值。與此同時，砷化硼獨特的電、光、力學性能等也為新型半導體器件的研發提供了新的思路。
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。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不斷對砷化硼進行研究，他們發現，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。
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。然而目前發現，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。
盡管到目前為止，立方砷化硼只在實驗室規模進行了制造和測試，這些產品也并不均勻，仍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，但可以相信，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。
(資料來源：科技日報)
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