总编辑圈点|迄今发现的最佳半导体材料：立方砷化硼兼具导电和导热优势

科技日报实习记者 张佳欣

据最新一期《科学》杂志，来自美国麻省理工学院、休斯顿大学和其他机构的一个研究团队进行的实验表明，一种名为立方砷化硼的材料克服了硅作为半导体的两个限制：为电子和空穴提供很高的迁移率，并具有良好的导热性能。研究人员说，它可能是迄今为止发现的最好的半导体材料。

研究人员表示，立方砷化硼是迄今为止发现的最好的半导体材料。
图片来源：克里斯汀·丹尼洛夫/麻省理工学院

硅作为半导体材料，其性能仍存在缺陷。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。

论文主要作者之一、麻省理工学院机械工程教授陈刚领导的团队于2018年预测，立方砷化硼对电子和空穴都有非常高的迁移率，最新研究证实了这一点。

早期实验表明，立方砷化硼的导热系数几乎是硅的10倍。这对于散热来说非常有吸引力。研究还证明，这种材料具有非常好的带隙，这一特性使其作为半导体材料具有巨大潜力。

新研究表明，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。研究人员指出，这一点很重要，因为在半导体中，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。

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。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。

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，这些产品并不均匀，还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。但研究人员表示，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。

总编辑圈点：

硅在半导体行业的“武林盟主”地位已维系几十年。随着电子终端产品向精密高端的方向一路狂奔，人们渐渐发现，这位“武林盟主”并非全能冠军，也有一些软肋。于是乎，氮化镓、碳化硅、氧化锌等各种材料跃跃欲试，前来参加新盟主擂台赛。比赛规则很简单：不能仅凭实验室研究数据说话，更要看在产业中的应用效果。对于新晋选手立方砷化硼而言同样如此，要想证明自己，还需在产业应用中拿出真凭实绩。