半导体材料是一种导电能力介于导体和绝缘体之间、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，例如硼、金刚石、锗、硅、灰锡、锑、硒、碲等，或者 SiC 这种合成材料。

现阶段，人类文明现代科技便是建立在以硅为代表的这类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。 

立方砷化硼是一种媲美金刚石的超高热导率半导体，自2018 年以来受到广泛关注，更被称为可能是最好的半导体材料，但一直不确定是否能商用化。直到最近，麻省理工学院研究人员首次取得重要科学进展，于实验中发现立方砷化硼晶体为电子、电子空穴提供高载流子迁移率，扩大该材料于商业领域的潜在用途，比如提高CPU 速度。

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，又有优良的电导率，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。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abn4290　

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，“这使这种材料真正变得独特” 他表示。

他们还表明，这种材料有一个非常好的带隙（能系，泛指半导体或绝缘体的价带顶端至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。

我们知道硅、砷化镓等材料具有良好的电子迁移率，但电洞迁移率较差，此外硅的导热率表现不佳，而「发热」是许多电子产品的主要瓶颈，也因此碳化硅正在逐渐取代硅（包括特斯拉在内的电动车），尽管碳化硅电子移动率（electron mobility）较低，但导热率是硅的3 倍。

那么想象一下，导热率与电子移动率都比硅还高10 倍的砷化硼材料若有朝一日成功实际应用，将改变半导体游戏规则。

研究人员表示，这种称为「立方砷化硼」的材料可以克服低电子空穴移动率与低导热率这两个重大限制。立方砷化硼除了具有高电子移动率与电洞移动率，还具有出色的导热性，是迄今为止发现最好的半导体材料，也可能是最好的一种。

但我们需更多工作才能确定立方砷化硼能否以实用、经济的形式制造，才能进一步谈及替代无处不在的硅，直到最近，麻省理工学院团队首次透过实验验证立方砷化硼材料在室温下的高载流子迁移率。

虽然科学家证明了立方砷化硼出色的热性能和电性能，看起来几乎是理想的半导体材料，但是否能真正进入市场与设备应用还有待商榷，因为立方砷化硼材料的其他性能还需要测试，比如长期稳定性，以及最巨大的挑战：大规模商业化生产纯化立方砷化硼。硅花了几十年时间才走到如今制造纯度超过99.99999999% 的技术，未来是否可能对新材料投入高额资金研发，还有待观察。

当然，到目前为止，立方砷化硼还只能在实验室小规模量产和测试，而且不均匀。还需要做更多的工作来确定立方砷化硼是否能以一种实用、经济的形式制造出来，目前来看要想取代地球上无处不在的硅还有很长一段路要走。但研究人员说，即使在不久的将来，这种材料也可能找到一些用途，使其独特的特性产生重大影响。

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