Science:北大宋柏发现超高热导率半导体

热导率是衡量材料导热能力的核心物性。所有已知材料在室温下的热导率都分布在大约0.01—1000Wm-1K-1这一范围。比如硅和铜的热导率较高，可以有效帮助电脑和手机保持较低的工作温度。然而，随着先进微电子芯片内部的热流密度越来越高，为了保证有效散热，对于具有超高热导率的材料的要求也越来越紧迫。

今年1月，宋柏与合作者在Science杂志报道了有关半导体立方氮化硼晶体新型超级导热材料的最新发现。

立方氮化硼晶体具有超高的硬度和化学耐受力，用于机械加工，可以胜任很多钻石工具难以工作的尖端制造环境(如高温)。立方氮化硼还具有非常宽的能带间隙，是制造紫外光电器件的上好材料。虽然室温下天然同位素丰度的立方氮化硼晶体热导率只有大约850Wm-1K-1，然而经过硼同位素的富集，在包含约99%的硼-10或硼-11的立方氮化硼晶体中，观测到超过1600 Wm-1K-1的热导率。同样值得注意的是，实验上通过同位素富集把热导率提高约90%，这也是迄今为止观测到的最大同位素热效应。

A为两块高质量天然同位素丰度立方氮化硼晶体的光学照片；图B为立方氮化硼、砷化硼以及钻石等超级导热材料在不同温度下的热导率

宋柏及合作者之所以能够得到超高热导率半导体立方氮化硼晶体，主要是消除了天然丰度立方氮化硼晶体中，由于硼-10和硼-11两种同位素混合而产生的对于热流的阻力。

拥有如此优异的力学、化学、电学以及光学性质，再加上如此少见的超高热导率，立方氮化硼晶体在很多涉及大功率、高温以及高光子能量的关键热管理应用中前景广阔。