BN氮化硼能否取代GaN氮化鎵？

據(jù)美國地質調(diào)查局稱，中國生產(chǎn)的半導體鎵占全球供應量的近98%。針對中國限制鎵化合物出口的舉措，美國能源部（DOE）向美國科學家征集提案，希望他們能設計出一種解決方案來替代基于GaN的半導體，并向四個團隊撥款100萬美元，用于為期一年的研究沖刺。

 

賓夕法尼亞州立大學工程科學與力學教授Patrick Lenahan將研究用氮化硼替代氮化鎵基器件的可能性。來自俄亥俄州立大學、愛荷華大學和QuantCAD（一家位于愛荷華州愛荷華市和芝加哥的量子技術初創(chuàng)公司）的聯(lián)合首席研究員們將與Patrick Lenahan一起參與這項研究。

 

Patrick Lenahan表示：“我們認為，在一些基于GaN的關鍵技術應用中，硼有望成為鎵的良好替代品，但我們還不清楚具體效果如何。我們的團隊由理論家和實驗家組成，將努力確定氮化硼在具有實質性利益的系統(tǒng)中的物理工作原理，以及用氮化硼替代氮化鎵可能存在哪些缺點。”

 

氮化硼的物理特性與氮化鎵相似，但人們對氮化硼的了解要少得多，氮化硼在某些關鍵應用中可能具有類似的性能。Patrick Lenahan表示：“硼的進口限制與鎵不同，因此可在多種應用中長期替代鎵。”

 

Patrick Lenahan和他實驗室的學生們將使用電檢測磁共振、近零場磁阻、常規(guī)電子順磁共振等技術，結合各種電學測量，來評估用氮化硼制造的半導體器件。這三種技術都是通過測試電子的自旋特性，提供有關電子與氮化硼缺陷相互作用方式的信息。Patrick Lenahan表示，這種理解將是評估氮化硼作為半導體的有效性的關鍵。

 

他補充道：“這個項目很大程度上是一項團隊工作，涉及器件制造、各種測量、理論分析。”

 

俄亥俄州立大學物理學教授兼量子信息科學與工程中心聯(lián)合主任Ezekiel Johnston-Halperin將制造由二維氮化硼層構成的器件，并通過一種稱為電子隧穿的過程探索電子傳輸。

 

Ezekiel Johnston-Halperin的實驗室已經(jīng)試制出一種制造超薄結構的工藝，可利用電子隧穿靈敏地探測氮化硼中原子雜質的特性。他表示：“我們選擇的氮化硼厚度剛好超出這一隧穿過程的范圍，使得通過器件的電流對晶體缺陷的存在變得極為敏感。”

 

Patrick Lenahan和Ezekiel Johnston-Halperin將與QuantCAD的Sina Soleimanikahnoj和愛荷華大學的研究員Durga Paudyal共同努力，獲取氮化硼中雜質的獨特“指紋”，以優(yōu)化對氮化硼化學結構的設計。

 

這項研究沖刺為期一年，時間非常緊迫，合作者們將通力合作，確定氮化硼是否存在一條切實可行的前進道路，并大致確定科學家和技術人員如何才能以最有效地沿著這條道路前進。