Альтернатива кремнию

Это — кубический кристалл арсенида бора. Многие специалисты считают, что он сможет подменить широко применяемый в электронике кремний. У BAs не только повышенная по сравнению с ним проводимость носителей электрического заряда, но и на порядок большая его теплопроводность. Это значит, что тепло от приборов с элементами из BAs будет эффективно отводиться, поэтому есть простор для миниатюризации микросхем и плотной интеграции различных элементов на них. Нынешние кремниевые технологии, которые развиваются с тридцатых готов прошлого века, уже не позволяют быстро двигаться вперед.

Свойства арсенида бора изучены недостаточно. Но физики полагают, что его высокая теплопроводность напрямую связана с проводимостью носителей в нем. Он может быть хорош как материал для оптоэлектроники, солнечных батарей или детекторов света. Однако измерить перенос фотоиндуцированных носителей тока в BAs до сих пор не получалось, потому что не было кристаллов высокого качества.

Эти проблемы решила группа профессора механической инженерии Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Болина Лиао (Bolin Liao), которая экспериментально изучала совершенные кристаллы арсенида бора, выращенные в лаборатории профессора физики Хьюстонского университета Чжифенга Рена (Zhifeng Ren). Для своих опытов экспериментаторы применили сверхскоростной сканирующий электронный микроскоп.

Этот уникальный в своем роде и единственный в США прибор оснащен сверхбыстрой высокоразрешающей камерой. Он-то и позволил детально во времени и пространстве изучить диффузию носителей, возбужденных фемтосекундным лазером в кристаллической мишени.

Идея эксперимента в том, чтобы сначала генерировать носители в кристалле одним лазерным импульсом. Другой задержанный импульс посылается на фотокатод, то есть на электронную пушку микроскопа. Он порождает короткие импульсы зондирующих кристалл электронов, которые отражаются от образца и дают моментальный снимок. Многократное возбуждение с разной задержкой второго импульса и позволило получить детальную картину явления с пикосекундным разрешением.

Физики обнаружили, что электроны остаются в возбужденном состоянии около 200 пикосекунд, что гораздо дольше, чем в обычных полупроводниках. Это явление хорошо согласуется с высокой теплопроводностью кристалла. Оно же дает надежду на высокий КПД солнечных батарей на арсениде бора.

Авторы уверены, что у них есть все основания стать заменой кремния, если удастся создать технологии его массового и дешевого производства. (Matter, 18 Oct, 2022)