立方砷化硼有潛力成為比硅更優(yōu)的半導(dǎo)體材料

科研人員日前發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》的新研究顯示，一種名為立方砷化硼的材料在實驗室展現(xiàn)出比硅更好的導(dǎo)熱性和更高的雙極性遷移率，有潛力成為比硅更優(yōu)良的半導(dǎo)體材料。

硅是目前應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體材料，然而硅作為半導(dǎo)體有兩項不足。第一，硅不太善于傳導(dǎo)熱量，導(dǎo)致芯片溫度總是過熱，散熱問題已經(jīng)成為制約芯片性能的重要因素。第二，硅有較好的電子遷移率，但不具備足夠好的空穴遷移率，后者對半導(dǎo)體性能也很重要。材料中帶負(fù)電的電子離開后，留下帶正電的空位，被稱作“空穴”。電子遷移率和空穴遷移率統(tǒng)稱為雙極性遷移率。

科學(xué)家認(rèn)為，立方砷化硼在理論上同時具有比硅更好的導(dǎo)熱性，以及更高的雙極性遷移率。早先實驗已證實，該材料的熱導(dǎo)率約是硅的10倍。

來自麻省理工學(xué)院等美國院校的科研人員日前在《科學(xué)》雜志上發(fā)表研究進(jìn)一步證實，立方砷化硼在實驗中同時展現(xiàn)出更優(yōu)良的導(dǎo)熱性和雙極性遷移率。研究人員表示，這可能是目前發(fā)現(xiàn)的最好的半導(dǎo)體材料。

同期《科學(xué)》雜志也刊登了中國科學(xué)院聯(lián)合美國休斯敦大學(xué)團(tuán)隊的相關(guān)研究成果。該研究用不同的測量方法證實了立方砷化硼的高雙極性遷移率，甚至在材料樣本中的一些位置發(fā)現(xiàn)了比理論計算更高的雙極性遷移率。

參與研究的中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心副研究員岳帥介紹說，雙極性遷移率“決定了半導(dǎo)體材料的邏輯運(yùn)算速度，遷移率越高則運(yùn)算速度越快”。

研究人員表示，到目前為止立方砷化硼只在實驗室規(guī)模進(jìn)行了制備和測試，下一步的研究將圍繞如何經(jīng)濟(jì)、大量地生產(chǎn)這種材料，從而真正促進(jìn)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展。