麻省理工学院研究人员发现有史以来最好的半导体材料

审查劳拉·汤姆森（Laura Thomson）7月22日2022年

硅是地球上最丰富的元素之一，在其纯正形式下，材料已成为现代技术的基础，从太阳能电池到计算机芯片。但是硅作为半导体的特性远非理想。

一方面，尽管硅可以轻松地通过其结构来使电子构想，但它的适应性要小得多。电子的带正电荷对应物 - ;利用两者对于某些芯片都很重要。更重要的是，硅在进行热量方面不是很好，这就是为什么在计算机中常见的过热问题和昂贵的冷却系统的原因。

现在，麻省理工学院，休斯顿大学和其他机构的一组研究人员进行了实验，表明一种称为立方硼烷尼德的材料克服了这两种限制。它为电子和孔提供了高迁移率，并且具有极好的导热率。研究人员说，这是有史以来最好的半导体材料，也许是最好的材料。

到目前为止，仅在不均匀的小型实验室批次中制造和测试了立方硼。研究人员必须使用最初由前麻省理工学院BAI歌曲开发的特殊方法来测试材料中的小区域。需要更多的工作来确定是否可以以实用的，经济的形式制造立方硼砷，更不用说无处不在的硅。但是，即使在不久的将来，这些材料也可以找到一些用途，在这种用途中，其独特的特性会产生重大不同。

这些发现在期刊中报道欧洲杯线上买球在麻省理工学院博士后Jungwoo Shin和MIT机械工程帮派教授的论文中；休斯顿大学的希芬·伦；以及麻省理工学院，休斯顿大学，德克萨斯大学奥斯汀大学和波士顿学院的14名。

较早的研究，包括新论文的合着者戴维·布罗伊多（David Broido）的作品，理论上预测材料将具有很高的导热率。随后的工作证明了实验预测。这项最新工作通过实验确认了陈小组在2018年做出的预测来完成分析：Cubic Boron Arsenide也将对电子和孔的移动性也很高，“这使得这种材料真的很独特，”陈说。

较早的实验表明，立方硼的热导率几乎是硅的导热率几乎大10倍。“因此，这仅仅是对散热的吸引力，“陈说。他们还表明，该材料具有非常好的带隙，该属性具有巨大的潜力作为半导体材料。

现在，新作品填补了图片，这表明，硼对电子和孔的高移动性具有很高的移动性，因此Arsenide具有理想半导体所需的所有主要品质。“这很重要，因为当然，在半导体中，我们同样具有正电荷和负电荷。因此，如果您构建设备，则希望拥有一种材料，而电子和孔都以较小的电阻传播，”陈说。

硅具有良好的电子迁移率，但孔迁移率较差，其他材料（例如砷化炮）广泛用于激光器，同样对电子的迁移率良好，但对孔也没有。欧洲杯足球竞彩

“现在热量是许多电子产品的主要瓶颈，”该文件的主要作者Shin说。“碳化硅正在替代包括特斯拉在内的主要电动汽车行业中的电力电子产品的硅，因为尽管其电气迁移率较低，但它的导热率还是硅的三倍。想象一下，硼芳烃可以达到什么，其导热率高10倍，而迁移率高10倍。它可以是gamechanger。”

Shin补充说，“使这一发现成为可能的关键里程碑是MIT超快激光光栅系统的进步，“最初是由歌曲开发的。他说，没有这种技术，就不可能证明材料对电子和孔的高移动性。

他说。休斯顿大学的团队。

研究人员说，不仅材料的热导率是任何半导体中最好的，它具有任何材料的第三好的导热率 - ；在钻石和同位素富集的立方硼氮化物旁边。“现在，我们预测了电子和孔量子机械行为，也从第一原则中预测，这也被证明是正确的。”陈说。

“这是令人印象深刻的，因为除了石墨烯以外，我实际上不知道拥有所有这些特性的其他材料，”他说。“这是具有这些特性的批量材料。”

他说，现在面临的挑战是找出以可用数量制造这种材料的实用方法。当前使其产生非常不均匀的材料的方法，因此团队必须找到方法来仅测试足够均匀的材料的小局部斑块，以提供可靠的数据。尽管他们证明了这种材料的巨大潜力，但“我们不知道是否或实际使用它的地方，”陈说。

“硅是整个行业的主力军，”陈说。“因此，好的，我们有一种更好的材料，但实际上它将抵消行业 - 我们不知道。”尽管该材料似乎几乎是一个理想的半导体，但“它是否可以真正进入设备并取代当前市场的某些市场，但我认为仍然尚待证明。”

Chen说，虽然热和电性能已被证明是出色的，但材料的许多其他特性尚未进行测试，例如其长期稳定性。“为了制作设备，我们还不知道其他许多因素。”

他补充说，“这可能真的很重要，人们甚至没有真正关注这种材料。”现在，硼arsenide的理想特性已经变得更加清晰，表明材料是“从许多方面来说，最好的半导体”他说， ”也许会有更多关注此材料。”