热导率超 2100W/m・K！立方砷化硼横空出世，芯片散热难题将破解

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芯片不再 “发烧”？新型材料立方砷化硼横空出世，性能碾压硅与钻石

手机玩游戏十分钟就烫手，电脑运行大型软件时风扇狂转不停，这是很多人都有过的体验。

这背后藏着现代电子产业的核心痛点 —— 芯片发热。作为当前芯片的核心材料，硅的导热性能和空穴迁移率已逼近物理极限

热量无法及时导出，不仅会导致设备性能下降，还会缩短使用寿命。

科学家们多年来一直在寻找硅的替代材料，而同时具备高导热、优导电、低成本和易制备的材料寥寥无几。直到立方砷化硼（BAs）的出现，才让学界和产业界看到了突破口。

双天赋加持，为何是立方砷化硼？

近期，国际顶尖材料学期刊《Materials Today》发布的一项研究，让立方砷化硼彻底 “出圈”。

美国休斯顿大学研究团队通过提纯原料、改进合成方法，制备出缺陷更少的砷化硼晶体，实测室温热导率突破 2100 W/m・K。

这一数值远超硅材料的约 150 W/m・K，甚至超过了被誉为 “材料之王” 的金刚石，直接刷新了室温下同性材料的导热纪录。

除了超凡的导热能力，立方砷化硼还拥有均衡的双极性迁移率。它对电子和空穴两种电荷载体都能保持高迁移率，就像双向通行都高效的高速公路，能支撑更快、更高效的集成电路。

更关键的是，它的制备不需要极端温度和压力条件，比金刚石更容易且成本更低，同时集齐 “极速散热” 和 “高效导电” 两大核心优势，被学界评价为 “迄今最佳半导体材料”。

十年曲折路，从理论预言到实验室突破

立方砷化硼的 “封神之路” 并非一帆风顺，而是历经了十年的探索与波折。

2013 年，美国波士顿学院物理学家首次预测，理想条件下砷化硼的导热性能可与金刚石媲美，理论热导率高达 2200 W/m・K。

但这一美好预言很快遭遇现实打击，2017 年修正后的理论模型引入 “四声子散射” 因素，将预测值下调至约 1360 W/m・K。

而早期实验样品因存在大量缺陷与杂质，实测热导率仅约 1300 W/m・K，远低于预期，让不少研究者选择放弃。

转折点出现在 2022 年，中美联合研究团队通过光学瞬态光栅等先进技术，在实验室中验证了立方砷化硼同时具备高导热率和高双极性迁移率

相关成果发表于《科学》期刊，并入选《物理世界》年度十大突破。

不久前，美国休斯顿大学、加州大学圣巴巴拉分校和波士顿学院的联合团队再次取得突破，通过提纯砷源并优化四步合成法

制备出缺陷极少的高纯度砷化硼单晶，实测热导率超过 2100 W/m・K，终于让实验结果匹配甚至超越了最初的理想预言。

应用场景爆发，从手机到电动车全面受益

立方砷化硼的突破性进展，不仅打破了人们对材料导热的认知，更预示着半导体技术的全新未来。

它同时解决了芯片散热、电子迁移两大核心难题，在多个领域展现出巨大应用潜力。对于个人电子设备来说，未来芯片若采用立方砷化硼作为衬底，能迅速将处理器核心热量导出，让人们长时间高强度使用手机、电脑也不会烫手，性能得以完全释放。

大型数据中心也将从中受益，数据中心的巨大能耗很大部分用于散热，采用立方砷化硼芯片和散热方案，能大幅降低冷却系统能耗，为数字化社会奠定低碳基础。

和电动汽车领域，高功率射频器件和功率电子对散热要求极高，立方砷化硼的优异性能可满足这一需求，让设备更小巧、更强大、更可靠。

此外，其独特的性能组合，还为设计此前无法实现的新型高频、高温、高功率电子器件提供了可能，拓宽了电子器件的发展前沿。

量产仍存挑战，未来值得期待

尽管前景光明，但要让立方砷化硼从实验室走向市场，还需要攻克量产这一核心难关。

研究团队经过十年探索发现，材料纯度是决定立方砷化硼性能的关键，只有制造出超高纯度的晶体，它的优势才能完全展现。

目前，高质量、大尺寸、无缺陷的立方砷化硼单晶制备依然困难且成本高昂，这成为制约其商业化应用的主要瓶颈。

不过，技术突破往往在坚持中发生。随着研究的不断深入，科学家们将围绕如何经济、大量地生产这种材料展开攻关，逐步降低成本、优化工艺。

立方砷化硼已经为我们指明了未来电子技术的发展方向，一个更快速、更凉爽、更高效的电子世界正在向我们走来。

或许在不久的将来，当你用上流畅且凉爽的电子设备时，背后正是这小小的砷化硼晶体在默默发挥作用。