halvledare mikrochip

Mirakelmaterial löser två stora tekniska utmaningar

Nytt kemiskt material kan revolutionera morgondagens teknik. Mirakelämnet löser nämligen två stora problem.

Nytt kemiskt material kan revolutionera morgondagens teknik. Mirakelämnet löser nämligen två stora problem.

Jonas Svidras/Unsplash

Kisel finns i nästan all teknik du har, eftersom materialet är bra på att binda atomer – samtidigt som det är billigt och lätt att få tag på.

Teknikhuvudstaden Silicon Valley har fått sitt namn just genom att specialisera sig på kiselbaserade transistorer, halvledare och mikrochips.

Men det finns ett par problem med ämnet.

Ett av de objekt som din dator måste kyla ned är så kallade halvledare, som ofta är gjorda av grundämnet kisel. Kisel är nämligen inte så bra på att leda värme, vilket ökar risken för överhettning i exempelvis din dator. Det är därför dyra och ofta högljudda kylsystem är så vanliga.

Kisel innebär också en annan utmaning. Även om ämnet är idealiskt för att låta elektroner susa igenom dess struktur, så har det problem med att utnyttja så kallade "hålen" – elektronernas positivt laddade motsvarighet – som är viktiga i vissa sorters mikrochips.

halvledare mikrochip

Kubisk borarsenid kommer att revolutionera framtidens halvledare och mikrochips, anser forskare.

© Jonas Svidras/Unsplash

Nu kan en internationell forskargrupp från bland annat renommerade Massachusetts Institute of Technology (MIT), University of Houston och 13 andra institutioner kanske ha löst de problemen. De har faktiskt hittat en stark konkurrent till kisel i ett material kallat kubisk borarsenid.

Unikt mirakelmaterial

Materialet har hög mobilitet för både elektroner och de så kallade hål som rör sig genom dess struktur. Kubisk borarsenid kan nämligen föra el genom både elektroner och hål och därmed öka effektiviteten i halvledaren dramatiskt. Det bidrar till att göra det nya materialet unikt, anser forskarna.

Kubisk borarsenid gitter

Den kubiska borarsenidens struktur gör den idealisk för att bland annat låta elektricitet färdas genom både elektroner och "hål", vilket ökar effektiviteten.

© Christine Daniloff/MIT

Den perfekta värmeledaren

Forskargruppen är så entusiastisk inför det nya materialets egenskaper, att de kallar det för det bästa halvledarmaterial som någonsin har hittats. Ledningsförmågan är faktiskt tio gånger större än kislets.

Dessutom är kubisk borarsenid också unik genom att den överlägset bra på att leda värme.

"Värme är just nu en stor flaskhals för många elektronikprodukter", förklarar en av forskarna bakom upptäckten, Jungwoo Shin, från MIT.

"Kiselkarbid ersätter för tillfället elektronik hos stora EV-företag, bland andra Tesla, eftersom det har tre gånger högre termisk ledningsförmåga än kisel, trots dess lägre elektriska mobilitet. Tänk dig vad borarsenider kan uppnå med tio gånger högre termisk ledningsförmåga och mycket högre mobilitet än kisel. Det kan förändra hela branschen."

Kubisk borarsenid kristall

Så här ser kubisk borarsenid ut när den kristalliseras. Materialet är bland annat fenomenalt på att leda värme, så att det inte uppstår överhettning i exempelvis din dator.

© University of Houston

Vägen mot hållbar teknik

Nästa steg i arbetet med kubisk borarsenid är att hitta ett praktiskt sätt att framställa materialet i större mängder än vad som är möjligt i dag.

Även om både bor och arsenik är relativt vanliga grundämnen, så tror forskarna att det kan vara svårt att få en del företag att byta ut ett så dominerande material som kisel mot kubisk borarsenid.

Nu hoppas forskarna emellertid att företagen och resten av världen ska få upp ögonen för kubisk borarsenid, det nya mirakelmaterialet inom modern teknik.

Skulle kubisk borarsenid bli vanligt förekommande i framtidens teknik, så skulle det minska behovet av extra material som fläktar, och därmed också göra tekniken mer hållbar och billigare.