Nykyelektroniikka ja valtaosa elämänmenostamme perustuu piipohjaisiin mikropiireihin, mutta piin ominaisuudet ovat silti kaukana ideaalista. Massachusetts Insitute of Technologyn tutkijat ovat löytäneet puolijohteen, jonka ominaisuudet ovat merkittävästi piitä parempia. Tutkijoiden mukaan materiaali on kaikkien aikojen paras puolijohde.
Kyse on MIT:n Houstonin yliopiston tutkimusryhmän löytämästä kuutiomuotoisesta boori-arsenidista. Se tarjoaa suuren liikkuvuuden sekä elektroneille että rei´ille, ja sillä on erinomainen lämmönjohtavuus. Nämä molemmat ovat piin ongelmia.
Toistaiseksi kuutiobooriarsenidia on valmistettu ja testattu vain pienissä erissä laboratoriossa. Tutkijat joutuivat testaamaan materiaali pienissä osissa erikoismenetelmillä, jotka alun perin kehitti entinen MIT:n tutkijatohtori Bai Song. Enemmän työtä tarvitaan sen selvittämiseksi, voidaanko kuutiobooriarsenidia valmistaa käytännöllisesti volyymeissa. Tutkijat kuitenkin uskovat, että jo lähitulevaisuudessa materiaalille voidaan löytää käyttötarkoituksia, joissa sen ainutlaatuiset ominaisuudet vaikuttaisivat merkittävästi.
Löydökset on raportoitu tuoreessa Science-lehdessä. Aiemmat kokeet osoittivat, että kuutiobooriarsenidin lämmönjohtavuus on lähes 10 kertaa suurempi kuin piin. Tutkijat osoittivat myös, että materiaalilla on erittäin hyvä kaistaero (bandgap), mikä tekee siitä erittäin lupaavan puolijohdemateriaalin.
Uusin tutkimus osoittaa, että booriarsenidilla on korkea liikkuvuus sekä elektronien että aukkojen suhteen, ja sillä on kaikki ihanteellisen puolijohteen tärkeimmät ominaisuudet. Tämä on tärkeää, koska tietysti puolijohteissa on yhtä paljon positiivisia ja negatiivisia varauksia. Tämän takia halutaan materiaali, jossa sekä elektronit että aukot liikkuvat pienemmällä vastuksella.
Piillä on hyvä elektronien liikkuvuus, mutta huono aukkojen liikkuvuus. Samaa pätee moniin muihin materiaaleihin kuten galliumarsenidiin, jota käytetään laajalti lasereissa. Tutkimusartikkelin pääkirjoittaja Jungvoo shinin mukaan lämpö on nyt merkittävä pullonkaula monelle elektroniikalle. - Piikarbidi korvaa piin tehoelektroniikassa sähköajoneuvoissa, koska sillä on kolme kertaa korkeampi lämmönjohtavuus kuin piillä hitaammasta elektronien liikkuvuudesta huolimatta. Voidaan vain kuvitella, mihin booriarsenidi pystyy 10 kertaa korkeammalla lämmönjohtavuudella ja paljon piitä suuremmalla elektronien liikkuvuudella kuin piillä.
Tutkijoiden mukaan materiaalin lämmönjohtavuus ei ole vain paras kaikista puolijohteista, vaan sillä on kolmanneksi paras lämmönjohtavuus kaikista materiaaleista - timantin ja isotooppisesti rikastetun kuutioboorinitridin ohella. - Tämä on vaikuttavaa, koska en itse asiassa tiedä mitään muuta materiaalia, paitsi grafeenia, jolla olisi kaikki nämä ominaisuudet, sanoo tutkimusryhmään kuuluva Gang Cheng.
Nyt haasteena on hänen mukaansa keksiä käytännöllisiä tapoja saada tästä materiaalista käyttökelpoisia määriä. Nykyiset menetelmät sen tekemiseksi tuottavat erittäin epätasaista materiaalia, joten tiimin oli löydettävä tapoja testata vain pieniä paikallisia materiaalin osia, jotka olivat riittävän yhtenäisiä luotettavaa datan saamiseksi.
