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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
2022年07月25日 09:05:37 來源:化工儀器網(wǎng) 作者:羊舌木 點擊量:4526

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,僅由輕元素以強共價鍵結(jié)合形成的高對稱性的簡單結(jié)構(gòu)中。最新的第一性原理計算和實驗表征工作發(fā)現(xiàn),未曾引起人們關(guān)注的砷化硼半導(dǎo)體由于其獨特的聲子散射機制,可以產(chǎn)生反常的超高熱導(dǎo)率,說明砷化硼在散熱領(lǐng)域擁有巨大的研究價值。與此同時,砷化硼獨特的電、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。美國麻省理工學(xué)院、休斯頓大學(xué)和其他機構(gòu)的一個研究團隊不斷對砷化硼進行研究,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),因為它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。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,立方砷化硼只在實驗室規(guī)模進行了制造和測試,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用、經(jīng)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(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。
 
  (資料來源:科技日報)
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