Это лучший из когда-либо найденных полупроводников?

Кремний является основой электронной промышленности. Однако его производительность как полупроводника оставляет желать лучшего. Теперь ученые обнаружили, что малоизвестный материал, известный как кубический арсенид бора (c-BA), может работать намного лучше, чем кремний. Фактически, это может быть лучший из когда-либо найденных полупроводников, а потенциально даже лучший из возможных.

«Мы впервые продемонстрировали новый материал с высокой подвижностью носителей и одновременно высокой теплопроводностью».
— Чжифэн Рен, Хьюстонский университет

Во-первых, кремний плохо проводит тепло. Таким образом, в компьютерах часто встречаются перегрев и дорогие системы охлаждения. Кроме того, хотя кремний легко пропускает электроны через свою структуру, он гораздо менее требователен к положительно заряженному отсутствию электронов, известному как дырки. Эти недостатки снижают общую эффективность кремния как полупроводника.

В 2018 году эксперименты показали, что c-BA — кристалл, выращенный из бора и мышьяка, двух относительно распространенных минеральных элементов, — проводит тепло почти в 10 раз лучше, чем кремний. Это самая известная теплопроводность любого полупроводника и третья по величине теплопроводность любого материала после алмаза и кубического нитрида бора, обогащенного изотопами.

Кроме того, теоретические предсказания предполагали, что c-BA также будут обладать очень высокой подвижностью как для электронов, так и для дырок. Теперь, в двух исследованиях , опубликованных в выпуске журнала Science от 22 июля , эксперименты подтверждают высокую подвижность электронов и дырок в кубическом арсениде бора.

«Мы впервые продемонстрировали новый материал с высокой подвижностью носителей и одновременно высокой теплопроводностью», — говорит Жифэн Рен, физик и материаловед из Хьюстонского университета и соавтор обоих исследований. «Результаты указывают на новое направление для полупроводников, которое может произвести революцию в полупроводниковой промышленности в ближайшем будущем».

Подвижность электронов и дырок измеряется в квадратных сантиметрах на вольт-секунду (см 2 /В•с). Кремний имеет подвижность электронов 1400 см 2 /В•с и подвижность дырок 450 см 2 /В•с при комнатной температуре. Напротив, согласно новым данным, c-BAs обладает подвижностью 1600 см 2 /В·с как для электронов, так и для дырок, движущихся вместе при комнатной температуре.

Кроме того, одно из двух новых исследований в Science показало, что подвижность электронов в c-BAs может достигать 3000 см 2 /В•с. Этот результат может быть связан с «горячими электронами», которые сохраняют энергию, генерируемую лазерными импульсами, используемыми для возбуждения носителей заряда, дольше, чем в большинстве других материалов.

До сих пор ученые производили c-BA только небольшими партиями в лабораторных масштабах, которые не были однородными. Тем не менее, Рен считает весьма вероятным, что это можно сделать практичным и экономичным способом, поскольку бор, мышьяк и технология изготовления кристаллов недороги. Он говорит, что для поддержания контроля качества кристаллы можно масштабировать до гораздо больших размеров только «когда процесс роста полностью понят».

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com