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最佳半導(dǎo)體材料現(xiàn)世！立方砷化硼兼具導(dǎo)電和導(dǎo)熱優(yōu)勢(shì)
2022年07月25日 09:05:37
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：4453
然而目前發(fā)現(xiàn)，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。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】半導(dǎo)體材料是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間、可用來制作半導(dǎo)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?，F(xiàn)階段，人類文明現(xiàn)代科技便是建立在以硅為代表的這類半導(dǎo)體材料之上的成果，從太陽能電池到芯片都離不開它，但因?qū)岷推渌蚬枰沧⒍藷o法成為最理想的半導(dǎo)體材料。
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。
傳統(tǒng)的唯象理論認(rèn)為，高晶格熱導(dǎo)率只存在于類似金剛石的，僅由輕元素以強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合形成的高對(duì)稱性的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)中。最新的第一性原理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表征工作發(fā)現(xiàn)，未曾引起人們關(guān)注的砷化硼半導(dǎo)體由于其獨(dú)特的聲子散射機(jī)制，可以產(chǎn)生反常的超高熱導(dǎo)率，說明砷化硼在散熱領(lǐng)域擁有巨大的研究?jī)r(jià)值。與此同時(shí)，砷化硼獨(dú)特的電、光、力學(xué)性能等也為新型半導(dǎo)體器件的研發(fā)提供了新的思路。
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(dòng)阻力更小的材料。美國(guó)麻省理工學(xué)院、休斯頓大學(xué)和其他機(jī)構(gòu)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)不斷對(duì)砷化硼進(jìn)行研究，他們發(fā)現(xiàn)，砷化硼具有理想半導(dǎo)體所需的所有主要品質(zhì)，因?yàn)樗?strong>具有電子和空穴的高遷移率。
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(dòng)汽車行業(yè)中，碳化硅正取代硅成為電力電子產(chǎn)品，因?yàn)樗膶?dǎo)熱系數(shù)是硅的3倍，盡管它的電子遷移率較低。然而目前發(fā)現(xiàn)，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。
盡管到目前為止，立方砷化硼只在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模進(jìn)行了制造和測(cè)試，這些產(chǎn)品也并不均勻，仍需要更多的工作來確定能否以實(shí)用、經(jīng)濟(jì)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(fā)現(xiàn)這種材料的一些優(yōu)勢(shì)用途，其獨(dú)特的性質(zhì)將帶來明顯改觀。
(資料來源：科技日?qǐng)?bào))
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