據(jù)最新一期《科學(xué)》雜志，來自美國麻省理工學(xué)院、休斯頓大學(xué)和其他機構(gòu)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(dǎo)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(dǎo)熱性能。研究人員說，它可能是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最好的半導(dǎo)體材料。
研究人員表示，立方砷化硼是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最好的半導(dǎo)體材料。圖片來源：克里斯汀·丹尼洛夫/麻省理工學(xué)院
硅作為半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，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(dǎo)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(xué)院機械工程教授陳剛領(lǐng)導(dǎo)的團隊于2018年預(yù)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(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)體材料具有巨大潛力。
新研究表明，砷化硼具有理想半導(dǎo)體所需的所有主要品質(zhì)，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(dǎo)體中，正電荷和負(fù)電荷是相等的。因此，如果要制造一種設(shè)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(chǎn)品的主要瓶頸，在包括特斯拉在內(nèi)的主要電動汽車行業(yè)中，碳化硅正取代硅成為電力電子產(chǎn)品，因為它的導(dǎo)熱系數(shù)是硅的3倍，盡管它的電子遷移率較低。砷化硼的導(dǎo)熱系數(shù)是硅的10倍，遷移率也比硅高得多，這可能改變游戲規(guī)則。
到目前為止，立方砷化硼只在實驗室規(guī)模進行了制造和測試，這些產(chǎn)品并不均勻，還需要更多的工作來確定能否以實用、經(jīng)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(fā)現(xiàn)這種材料的一些優(yōu)勢用途，其獨特的性質(zhì)將帶來明顯改觀。
硅在半導(dǎo)體行業(yè)的“武林盟主”地位已維系幾十年。隨著電子終端產(chǎn)品向精密高端的方向一路狂奔，人們漸漸發(fā)現(xiàn)，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(guī)則很簡單：不能僅憑實驗室研究數(shù)據(jù)說話，更要看在產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)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(chǎn)業(yè)應(yīng)用中拿出真憑實績。
