现阶段，人类文明现代科技便是建立在以硅为代表的半导体材料之上的成果，从太阳能电池到芯片都离不开它，但因导热和其它原因硅也注定了无法成为最理想的半导体材料。

　　2022年7月22日，来自美国麻省理工学院、休斯顿大学和其它机构的科研团队发现了一种名为“立方砷化硼”的材料突破了这两个限制，它既能为电子和空穴提供高迁移率，又有优良的导电率，而且还具有极高的导热特性。科学家表示，这是迄今为止发现的最好的半导体材料，或许放眼未来也会是最好的那个。相关成果已经发表在近期的《科学》杂志上，作者栏中包括多位华人，例如麻省理工学院机械工程教授陈刚、中科院任志峰（休斯敦大学）等。

　　此次的科研成果涉及到麻省理工学院、休斯顿大学、得克萨斯大学奥斯汀分校和波士顿学院的其他14所大学。包括这篇新论文的合著者大卫·布罗伊多（David Broido）在内的早期研究，从理论上预测这种材料将具有较高的热导率，并在随后的工作中证实了这一预测。

　　这项工作通过实验证实了陈刚团队在2018年提出的一个预测并完成分析：立方砷化硼对电子和空穴也有很高的迁移率，使这种材料真正变得独特。这种材料有非常好的带隙（能系，泛指半导体或绝缘体的价带顶端至传导带底端的能量差距），这一特性赋予了它作为半导体材料的巨大潜力。这项新工作证实，砷化硼具有高电子和空穴迁移率，具有理想半导体所需的所有主要品质。因为当前在半导体中，同时有正电荷和负电荷，如果要制造一个芯片，就需要一种电子和空穴阻力都较小的材料。

　　据介绍，目前普遍使用的硅具有良好的电子迁移率，但空穴迁移率较差，而其他材料（如广泛用于激光器的砷化镓）同样具有良好的电子迁移率，但对空穴不具有良好的迁移率。“热量现在是许多电子产品的主要瓶颈，”该论文的主要作者Shin称，“碳化硅正在取得包括特斯拉在内的主要电动汽车行业的青睐，因为尽管它电迁移率较低，但其导热率是硅的三倍。想象一下砷化硼可以达到什么效果，其导热率和迁移率比硅高10倍。这足以改变游戏规则。”Shin补充道，立方砷化硼的电子特性最初是根据陈刚团队所做的量子力学密度函数计算来预测的，现在这些预测已经通过在MIT进行的实验得到验证，该实验使用了光学检测方法对他们和休斯顿大学团队成员制作的样品进行检测。

　　研究人员说，这种材料的热导率不仅是所有半导体中最好的，而且甚至可以在所有材料热导率中排到第三，仅次于金刚石和富含同位素的立方氮化硼。研究团队从第一原理预测了电子和空穴的量子力学行为，这也被证明是正确的，因为除了石墨烯之外，实际上不知道有任何其他材料具有这些特性。

　　虽然它的热性能和电性能都已被证明非常出色，但这种材料的许多其他性能还有待测试，例如其长期稳定性。现在，砷化硼的理想特性已经变得更加清晰，这表明该材料“在许多方面都是最好的半导体”。

　                                                                                                                                                                                              　（摘编自 IT之家）