砷化硼導熱性能超越鑽石，有望成晶片散熱新材料

美國休士頓大學研究團隊近日在《Materials Today》發表成果，證實由硼與砷組成的化合物半導體──砷化硼（Boron Arsenide，BAs），在室溫下的熱導率可達 2,100 W/mK，首次實驗性超越鑽石，被譽為近十年熱傳導領域的重大突破。

砷化硼是一種由硼（B）與砷（As）組成的 III–V 族化合物半導體，同時具備高熱導率、寬能隙與高載子遷移率等特性。

相較於必須在高壓高溫條件下合成的鑽石，砷化硼可在常壓環境下以化學氣相傳輸（CVT）或化學氣相沉積（CVD）方式製備，製程簡易、成本更低，且能與現有半導體製程相容，具備實際應用潛力。

研究團隊表示，熱能在晶體中主要由聲子（phonon）傳遞，而砷化硼之所以能展現超高導熱效率，關鍵在於其聲學聲子與光學聲子之間存在極大的頻率差，使能量散射被大幅抑制，熱流可近乎無損傳遞。

團隊進一步透過提純砷原料、降低晶體缺陷，再以「時間域熱反射法（TDTR）」量測，結果顯示多批樣本的熱導率皆穩定達到 2,100 W/mK。

相較於具方向性導熱的石墨烯（鑽石），砷化硼為等向性材料，都能有效傳熱，更適合作為晶片與散熱模組間的高導熱介面。隨著晶片與 3D 堆疊晶片功耗持續攀升，散熱需求日益嚴峻，除了液冷、氣冷等技術外，材料本質的革新也成為關鍵。

砷化硼有望成為下一世代的高熱導材料，應用於功率半導體、資料中心伺服器與 AI 晶片封裝散熱，為高功率運算的熱管理開啟新方向。

• UH Researchers Help Break Thermal Conductivity Barrier with Boron Arsenide Discovery

（首圖來源：University of Houston）