В своей работе, опубликованной в журнале Science, ученые показали, что кубический арсенид бора решает две основных проблемы кремниевых полупроводников. Теплопроводность этого материала в 10 раз больше, чем у кремния, при этом арсенид бора демонстрирует высокую подвижность не только для электронов, но и для дырок.
Арсенид бора показал все качества необходимые для хорошего полупроводника, заявили ученые. В предыдущих исследованиях они показали, что арсенид бора имеет очень хорошую ширину запрещенной зоны и высокую теплопроводность. В новой работе они изучили подвижность электронов и дырок, квазичастиц с положительным зарядом, формирующихся на месте электрона, перешедшего на соседний атом.
Результаты исследования показали, что подвижность и электронов, и дырок в новом материале превосходит аналогичные характеристики у кремния. Ученые отмечают, что электронные свойства кубического арсенида бора первоначально были предсказаны на основе квантово-механических расчетов функции плотности. Эксперимент полностью подтвердил расчеты.
Это важно, потому что, конечно, в полупроводниках у нас есть как положительные, так и отрицательные заряды в равной степени. Итак, если вы строите устройство, вам нужен материал, в котором и электроны, и дырки движутся с меньшим сопротивлением.
Ган Чен, профессор Массачусетского технологического института, соавтор работы
Кремний — один из самых распространенных элементов на Земле, и в чистом виде этот материал стал основой многих современных технологий, от солнечных элементов до компьютерных чипов. Но его свойства как полупроводника далеки от идеальных, отмечают авторы работы. Хотя он легко пропускает электроны через свою структуру, он гораздо менее приспособлен к «дыркам». Кроме того, кремний не очень хорошо проводит тепло, создавая проблемы с перегревом.
Ученые отмечают, что новый материал потенциально способен заменить кремний. Но сначала требуется разработать дешевые способы качественного производства этого материала. Кроме того, нужно оценить ряд других свойств арсенида бора — например, как хорошо он будет работать в долгосрочной перспективе.
Ранее «Хайтек» рассказывал о разработке технологии для создания дешевых полупроводников из диборида магния.
Изображение на обложке: Christine Daniloff, MIT
