半导体材料是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的电子材料，可用于制作半导体器件和集成电路，如硼、金刚石、锗、硅、灰锡、锑、硒、碲等。、或诸如SiC的合成材料制成。
目前人类文明的现代科技就是基于这种以硅为代表的半导体材料，从太阳能电池到芯片都少不了这种材料。但是由于热传导等原因，硅注定是最理想的半导体材料。
7月22日，来自麻省理工学院、休斯顿大学等机构的研究团队发现，一种叫做立方砷化硼的材料突破了这两个限制。它不仅为电子和空穴提供高迁移率，而且具有优异的导电性和极高的导热性。
科学家说，这是迄今为止发现的最好的半导体材料，也可能是未来最好的一种。相关成果已发表在近期的《科学》(Science)杂志上，作者栏中有不少中国人，如麻省理工学院机械工程教授陈刚、任志峰(休斯顿大学)、中科院等
▼ DOI:10.1126 / science.abn4290 .
当然，到目前为止，立方砷化硼只能在实验室小规模量产和测试，而且参差不齐。我们还需要做更多的工作来确定立方砷化硼是否能以实用和经济的形式制造出来。目前，要取代地球上无处不在的硅，还有很长的路要走。但研究人员表示，即使在不久的将来，这种材料可能会找到一些用途，使其独特的特性产生重大影响。
这项研究的成果涉及麻省理工学院、休斯顿大学、德克萨斯大学奥斯汀分校和波士顿学院的其他14所大学。早期的研究，包括这篇新论文的合著者David Broido，从理论上预测这种材料将具有高热导率，后来的工作证实了这一预测。
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，并完成了分析:立方砷化硼也具有很高的电子和空穴迁移率。“这使得这种材料真正独一无二，”他说。
他们还表明，这种材料具有非常好的带隙(能量系统，一般指从半导体或绝缘体的价带顶部到导带底部的能隙)，这赋予了它作为半导体材料的巨大潜力。
这项新工作证实，砷化硼具有高电子和空穴迁移率，以及理想半导体所需的所有主要品质。“这很重要，因为目前在半导体中，我们既有正电荷也有负电荷。所以，如果你想制造芯片，你需要一种对电子和空穴具有低电阻的材料，”陈刚说。
根据介绍，常用的硅具有良好的电子迁移率，但空穴迁移率较差，而其他材料(如激光器中广泛使用的砷化镓)也具有良好的电子迁移率，但不具有良好的空穴迁移率。
“热量现在是许多电子产品的主要瓶颈，”该论文的主要作者Shin说。“碳化硅正在获得包括特斯拉在内的主要电动汽车行业的青睐，因为尽管其电迁移率较低，但其热导率是硅的三倍。试想一下，砷化硼能达到什么效果。它的热导率和迁移率比硅高10倍。这足以改变游戏规则。”
Shin补充说，立方砷化硼的电子性质最初是根据陈刚团队所做的量子力学密度函数计算预测的，现在这些预测已经被麻省理工学院进行的实验所验证，该实验使用光学检测方法检测了他们和休斯顿大学团队成员所做的样品。
研究人员表示，这种材料的热导率不仅是所有半导体中最好的，甚至可以在所有材料中排名第三——仅次于钻石和富含同位素的立方氮化硼。“现在，我们也从第一原理预言了电子和空穴的量子力学行为，也被证明是正确的”。
“这令人印象深刻，因为除了石墨烯，我实际上不知道任何其他材料具有所有这些特征，”他说。"这是一种具有这些特征的块状材料."
当然，陈刚也强调，虽然它的热学和电学性能已经被证明是优异的，但是这种材料的很多其他性能还需要测试，比如它的长期稳定性。
他补充说，“它可能如此重要，以至于人们甚至没有真正关注这种材料。”现在，砷化硼的理想特性变得更加清晰，这表明这种材料是“在许多方面都是最好的半导体”。