新型合成晶體有望解決電路散熱難題

發表在最新一期美國《科學》雜誌上的研究顯示，一種相對廉價的合成晶體有望用於電路冷卻，突破電子設備小型化面臨的散熱難題。

論文通訊作者之一、美國得克薩斯大學達拉斯校區物理學副教授呂兵說，散熱對使用計算機晶元和晶體管的電子產業非常重要，而小型、高性能的電子產品不能採用導電金屬進行散熱，風扇又佔據太大空間，因此需要一種廉價、可散熱的半導體材料。

在天然物質中，金剛石的熱導率最高，但天然金剛石成本過高，人造金剛石存在結構缺陷，都難以大規模應用。研究人員發現，人造半導體材料砷化硼具有很高的導熱率，散熱能力比銅等常用散熱材料高２到３倍，僅次於金剛石。

呂兵團隊與美國休斯敦大學研究人員採用一種「化學氣相輸運」的晶體生長方法，將硼和砷放在一端熱、一端冷的晶體生長爐中，兩種材料從熱的一端移動到冷的一端時會形成熱導率高的砷化硼晶體。

導熱是依靠材料中的電子、原子、分子或晶格熱運動來傳遞熱量。在金屬中，導熱主要依靠電子的運動。但在晶體中，熱傳導是靠組成晶體晶格的原子的振動來完成，這種振動在物理學上被稱為聲子。研究人員說，砷化硼晶體散熱的原因就是晶體振動會產生一份一份的聲子，聲子帶走了熱，而硼原子和砷原子差別巨大，這讓聲子更易於脫離晶體。

呂兵說，砷本身有毒，但化合物砷化硼穩定、無毒，且其半導體性質與硅相容，有望廣泛應用於微電子領域。

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