Forscher am Massachusetts Institute of Technology, der University of Houston und anderer US-Forschungseinrichtungen haben mit kubischem Borarsenid einen Ersatzwerkstoff für das Halbleitermaterial Silizium gefunden, das die Nachteile des in der Elektronik dominierenden Materials nicht hat. Das bei Solarzellen und Halbleiter-Bauteilen stark dominierende Silizium ist als Bestandteil von Sand auf der Erde schier unerschöpflich.
Doch seine Eigenschaften als Halbleiter sind alles andere als ideal. Während Silizium Elektronen leicht durch seine Struktur sausen lässt, ist es viel weniger geeignet für "Löcher", die positiv geladenen Gegenstücke von Elektronen. Dabei ist die Nutzung von beiden wichtig für einige Arten von Chips. Darüber hinaus ist Silizium nicht sehr gut darin, Wärme zu leiten, weshalb Überhitzungsprobleme teure Kühlsysteme in Computern nötig machen.
Das neue Material weist keinen der Nachteile des Siliziums auf. Es bietet eine hohe Beweglichkeit sowohl für Elektronen als auch für Löcher und hat eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit. Es ist, so die Forscher, das beste Halbleitermaterial, das bisher gefunden wurde, und vielleicht sogar das bestmögliche.
"Übermässige Erwärmung ist ein grosser Engpass für viele Elektronikgeräte", sagt MIT-Postdoc Jungwoo Shin. Siliziumkarbid ersetze Silizium bereits in der Leistungselektronik, da es trotz seiner geringeren elektrischen Mobilität eine dreimal höhere Wärmeleitfähigkeit als Silizium aufweise. "Doch stellen Sie sich vor, was Borarsenide mit einer zehnmal höheren Wärmeleitfähigkeit und einer viel höheren Mobilität als Silizium erreichen können. Es kann ein Game Changer sein", so Shin.
Die Herausforderung besteht nun darin, praktische Wege zu finden, um dieses Material in nutzbaren Mengen herzustellen. Mit den derzeitigen Methoden entsteht sehr uneinheitliches Material, so dass das Team kleine Bereiche auswählen mussten, die einheitlich genug waren, um zuverlässige Daten zu liefern. Das ist jedenfalls gelungen, reicht aber nicht für eine industrielle Anwendung. Doch schon in naher Zukunft könnte das Material einige Nischenanwendungen finden, bei denen seine einzigartigen Eigenschaften einen signifikanten Unterschied machen würden, meinen die Forscher.
