Школа для Электрика. Все Секреты Мастерства. Образовательный сайт по электротехнике  
ElectricalSchool.info - большой образовательный проект на тему электричества и его использования. С помощью нашего сайта вы не только поймете, но и полюбите электротехнику, электронику и автоматику!
Электрические и магнитные явления в природе, науке и технике. Современная электроэнергетика, устройство электрических приборов, аппаратов и установок, промышленное электрооборудование и системы электроснабжения, электрический привод, альтернативные источники энергии и многое другое.
 
Школа для электрика | Правила электробезопасности | Электротехника | Электроника | Провода и кабели | Электрические схемы
Автоматизация | Тренды, актуальные вопросы | Передовые энергетические технологии | Обучение электриков | Контакты



 

База знаний | Избранные статьи | Эксплуатация электрооборудования | Электроснабжение
Электрические аппараты | Электрические машины | Электропривод | Электрическое освещение

 Школа для электрика / Передовые энергетические технологии / Наука, инжиниринг, технологии / Кубический арсенид бора может быть лучшим из когда-либо найденных полупроводников


 Школа для электрика в Telegram

Кубический арсенид бора может быть лучшим из когда-либо найденных полупроводников


Кремний является основой электронной промышленности. 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.

Кремний — один из самых распространенных элементов на Земле. В чистом виде кремний является ключом ко многим современным технологиям, от микрочипов до солнечных элементов. Однако его свойства как полупроводника далеки от идеальных.

«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 заряженным отсутствию электронов, известному как дырки.

Эти недостатки снижают общую эффективность кремния как полупроводника. (Честно говоря, большинство полупроводников обеспечивают высокую подвижность только для электронов или дырок.)

Кубический арсенид бора

Атомы бора (оранжевый цвет) соединяются с атомами мышьяка (черный цвет), образуя кубическую кристаллическую структуру, называемую кубическим арсенидом бора (c-BAs) — полупроводник, сложный в производстве, но также обладающий высокой подвижностью носителей и высокой теплопроводностью

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».

Анализ подвижности электронов и дырок в кубическом арсениде бора был сложной задачей, поскольку кристаллы, которые были у исследователей, были маленькими. Кроме того, кристаллы были пронизаны примесями, которые рассеивали электроны и дырки.

Исследуя кристаллы с помощью лазерных импульсов, группа ученых (из Университета Хьюстона, а также Массачусетского технологического института, Техасского университета в Остине и Бостонского колледжа) обнаружила, что электроны и электронные дырки обладают наибольшей подвижностью в точках решетки с минимумом примесей.

Подвижность электронов и дырок измеряется в квадратных сантиметрах на вольт-секунду (см2/В•с). Кремний имеет подвижность электронов 1400 см2/В•с и подвижность дырок 450 см2/В•с при комнатной температуре. Напротив, согласно новым данным, c-BAs обладает подвижностью 1600 см2/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 см2/В•с. Это достижение 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».

Кроме того, говорит Рен, «моя группа всегда считала, что еще более высокая теплопроводность и более высокая подвижность должны быть достигнуты при дальнейшем улучшении качества кристаллов, поэтому ближайшая цель — улучшить их выращивание для получения более качественных кристаллов».

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика