華人科學家發現迄今最佳半導體材料！其中一人曾被美國逮捕入獄一年！
2022-07-25 09:11:09 EETOP現階段，人類文明現代科技便是建立在以硅為代表的這類半導體材料之上的成果，從太陽能電池到芯片都離不開它，但因導熱和其它原因硅也注定了無法成為最理想的半導體材料。
立方砷化硼是一種媲美金剛石的超高熱導率半導體，自2018 年以來受到廣泛關注，更被稱為可能是最好的半導體材料，但一直不確定是否能商用化。直到最近，麻省理工學院研究人員首次取得重要科學進展，于實驗中發現立方砷化硼晶體為電子、電洞提供高載流子遷移率，擴大該材料于商業領域的潛在用途，比如提高CPU 速度。
7 月 22 日，來自美國麻省理工學院、休斯頓大學和其它機構的科研團隊發現了一種名為“立方砷化硼”的材料突破了這兩個限制，它既能為電子和空穴提供高遷移率，又有優良的電導率，而且還具有極高的導熱特性。
科學家表示，這是迄今為止發現的最好的半導體材料，或許放眼未來也會是最好的那個。相關成果已經發表在近期的《科學》雜志上。
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4290
此次的科研成果涉及到麻省理工學院、休斯頓大學、得克薩斯大學奧斯汀分校和波士頓學院的其他 14 所大學。包括這篇新論文的合著者大衛布羅伊多 （David Broido） 在內的早期研究，從理論上預測這種材料將具有較高的熱導率，并在隨后的工作中證實了這一預測。
這項工作通過實驗證實了陳剛團隊在 2018 年提出的一個預測并完成分析：立方砷化硼對電子和空穴也有很高的遷移率，“這使這種材料真正變得獨特” 他表示。
他們還表明，這種材料有一個非常好的帶隙（能系，泛指半導體或絕緣體的價帶頂端至導帶底端的能量差距），這一特性賦予了它作為半導體材料的巨大潛力。
我們知道硅、砷化鎵等材料具有良好的電子遷移率，但電洞遷移率較差，此外硅的導熱率表現不佳，而「發熱」是許多電子產品的主要瓶頸，也因此碳化硅正在逐漸取代硅（包括特斯拉在內的電動車），盡管碳化硅電子移動率（electron mobility）較低，但導熱率是硅的3 倍。
那么想像一下，導熱率與電子移動率都比硅還高10 倍的砷化硼材料若有朝一日成功實際應用，將改變半導體游戲規則。
研究人員表示，這種稱為「立方砷化硼」的材料可以克服低電洞移動率與低導熱率這兩個重大限制。立方砷化硼除了具有高電子移動率與電洞移動率，還具有出色的導熱性，是迄今為止發現最好的半導體材料，也可能是最好的一種。
但我們需更多工作才能確定立方砷化硼能否以實用、經濟的形式制造，才能進一步談及替代無處不在的硅，直到最近，麻省理工學院團隊首次透過實驗驗證立方砷化硼材料在室溫下的高載流子遷移率。
雖然科學家證明了立方砷化硼出色的熱性能和電性能，看起來幾乎是理想的半導體材料，但是否能真正進入市場與設備應用還有待商榷，因為立方砷化硼材料的其他性能還需要測試，比如長期穩定性，以及最巨大的挑戰：大規模商業化生產純化立方砷化硼。硅花了幾十年時間才走到如今制造純度超過99.99999999% 的技術，未來是否可能對新材料投入高額資金研發，還有待觀察。
當然，到目前為止，立方砷化硼還只能在實驗室小規模量產和測試，而且不均勻。還需要做更多的工作來確定立方砷化硼是否能以一種實用、經濟的形式制造出來，目前來看要想取代地球上無處不在的硅還有很長一段路要走。但研究人員說，即使在不久的將來，這種材料也可能找到一些用途，使其獨特的特性產生重大影響。
作者包括多名華裔科學家，其中一名曾被美國政府逮捕入獄一年！
可以看到作者欄中包括多位華人，例如麻省理工學院機械工程教授陳剛、任志峰（休斯敦大學）等。
