BN氮化硼能否取代GaN氮化镓？

据美国地质调查局称，中国生产的半导体镓占全球供应量的近98%。针对中国限制镓化合物出口的举措，美国能源部（DOE）向美国科学家征集提案，希望他们能设计出一种解决方案来替代基于GaN的半导体，并向四个团队拨款100万美元，用于为期一年的研究冲刺。

 

宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学教授Patrick Lenahan将研究用氮化硼替代氮化镓基器件的可能性。来自俄亥俄州立大学、爱荷华大学和QuantCAD（一家位于爱荷华州爱荷华市和芝加哥的量子技术初创公司）的联合首席研究员们将与Patrick Lenahan一起参与这项研究。

 

Patrick Lenahan表示：“我们认为，在一些基于GaN的关键技术应用中，硼有望成为镓的良好替代品，但我们还不清楚具体效果如何。我们的团队由理论家和实验家组成，将努力确定氮化硼在具有实质性利益的系统中的物理工作原理，以及用氮化硼替代氮化镓可能存在哪些缺点。”

 

氮化硼的物理特性与氮化镓相似，但人们对氮化硼的了解要少得多，氮化硼在某些关键应用中可能具有类似的性能。Patrick Lenahan表示：“硼的进口限制与镓不同，因此可在多种应用中长期替代镓。”

 

Patrick Lenahan和他实验室的学生们将使用电检测磁共振、近零场磁阻、常规电子顺磁共振等技术，结合各种电学测量，来评估用氮化硼制造的半导体器件。这三种技术都是通过测试电子的自旋特性，提供有关电子与氮化硼缺陷相互作用方式的信息。Patrick Lenahan表示，这种理解将是评估氮化硼作为半导体的有效性的关键。

 

他补充道：“这个项目很大程度上是一项团队工作，涉及器件制造、各种测量、理论分析。”

 

俄亥俄州立大学物理学教授兼量子信息科学与工程中心联合主任Ezekiel Johnston-Halperin将制造由二维氮化硼层构成的器件，并通过一种称为电子隧穿的过程探索电子传输。

 

Ezekiel Johnston-Halperin的实验室已经试制出一种制造超薄结构的工艺，可利用电子隧穿灵敏地探测氮化硼中原子杂质的特性。他表示：“我们选择的氮化硼厚度刚好超出这一隧穿过程的范围，使得通过器件的电流对晶体缺陷的存在变得极为敏感。”

 

Patrick Lenahan和Ezekiel Johnston-Halperin将与QuantCAD的Sina Soleimanikahnoj和爱荷华大学的研究员Durga Paudyal共同努力，获取氮化硼中杂质的独特“指纹”，以优化对氮化硼化学结构的设计。

 

这项研究冲刺为期一年，时间非常紧迫，合作者们将通力合作，确定氮化硼是否存在一条切实可行的前进道路，并大致确定科学家和技术人员如何才能以最有效地沿着这条道路前进。