“空穴”最佳半导体材料现世！立方砷化硼兼具导电和导热优势

时间：2022-09-01 12:23:33来源：化工仪器网

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半导体材料是一种导电能力介于导体和绝缘体之间、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，例如硼、金刚石、锗、硅、灰锡、锑、硒、碲等，或者 SiC 这种合成材料。现阶段，人类文明现代科技便是建立在以硅为代表的这类半导体材料之上的成果，从太阳能电池到芯片都离不开它，但因导热和其它原因硅也注定了无法成为最理想的半导体材料。

尽管硅中的电子很容易通过它的结构，但它的空穴迁移率较差。而其他材料，如广泛用于激光的砷化镓，同样具有良好的电子迁移率，但不具有空穴迁移率。更重要的是，硅不太善于传导热量，因此芯片温度总是过热。

传统的唯象理论认为，高晶格热导率只存在于类似金刚石的，仅由轻元素以强共价键结合形成的高对称性的简单结构中。最新的第一性原理计算和实验表征工作发现，未曾引起人们关注的砷化硼半导体由于其独特的声子散射机制，可以产生反常的超高热导率，说明砷化硼在散热领域拥有巨大的研究价值。与此同时，砷化硼独特的电、光、力学性能等也为新型半导体器件的研发提供了新的思路。

在半导体中，正电荷和负电荷是相等的。因此，如果要制造一种设备，就希望有一种电子和空穴的移动阻力更小的材料。美国麻省理工学院、休斯顿大学和其他机构的一个研究团队不断对砷化硼进行研究，他们发现，砷化硼具有理想半导体所需的所有主要品质，因为它具有电子和空穴的高迁移率。

热量是目前许多电子产品的主要瓶颈，在包括特斯拉在内的主要电动汽车行业中，碳化硅正取代硅成为电力电子产品，因为它的导热系数是硅的3倍，尽管它的电子迁移率较低。然而目前发现，砷化硼的导热系数是硅的10倍，迁移率也比硅高得多，这可能改变游戏规则。

尽管到目前为止，立方砷化硼只在实验室规模进行了制造和测试，这些产品也并不均匀，仍需要更多的工作来确定能否以实用、经济的形式制造立方砷化硼，但可以相信，在不久的将来，人们可能发现这种材料的一些优势用途，其独特的性质将带来明显改观。

(资料来源：科技日报)

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