半導體設計中最大的挑戰之一就是尋求如何將余熱從結構上散發到設計的散熱區域。這個問題似乎并不值得多說，在討論CPU和系統冷卻時，一般就是指尋求更有效的方法將熱量從散熱器蓋和模具頂部散發出去。但是，如何將熱量高效傳導到散熱器蓋等散熱部位也是一個十分關鍵的問題。美國海軍研究實驗室（US Naval Research Laboratory）與波士頓大學的研究者們合作發現了一種新的十分高效的導熱方法，其秘密就是——立方砷化硼材料（Cubic boron arsenide）。

根據該課題組的研究，在常溫下砷化硼（BAs）材料的熱導率達2000 Wm-1K-1以上，這一導熱率基本與目前已知導熱性最好材料金剛石或者石墨相當，但金剛石或石墨均難以加工或集成到產品中，大規模合成、應用金剛石及石墨都是十分困難的，這一先天不足限制了它們實際應用的能力，而砷化硼則容易處理得多。

砷化硼等熱的傳導是靠組成晶體晶格的原子的振動來完成的，物理學家把這種振動稱為熱能量子（聲子）。常規的金屬導熱的原因在于電子的振動，由于電子是帶有電荷的，因此在常溫下金屬的導熱率和導電率相關。金屬銅和鋁的導熱性能良好，因此其導電性能也相當不錯，相比而言，鐵和鉛的導電導熱性就差得多了。

這項研究目前還是理論上的，是基于已知的砷化硼結構建模計算的結果。砷化硼晶格結構特點、該材料所屬的III-V族半導體材料的特性，預示著可能將其用于太陽能電池單元以及輻射硬化電路板。與金剛石等材料相比，砷化硼還有一個優勢是，有關III-V族半導體制造技術的研究已經在進行了。砷化硼材料還能夠擴展到砷化硼鎵(BGaAs)，不過這種材料的導熱率要略低一些。

如果研究者們的預測被證實有效的話，那么這種材料無疑將會有廣泛的應用。砷化鎵材料在處理基底問題時比較棘手，這也是為什么硅材料仍然是工業標準的原因之一，但多家制造商預計在未來數年，III-V族半導體材料可能成為重要的材料，因為目前的互補金屬氧化物半導體（CMOS）材料的大規模升級變得十分困難。如果能將余熱有效散發出去、降低對散熱的要求，對于提高芯片的性能是十分有利的，硼化物材料如能在實際應用中解決散熱問題，那很可能會帶來相關產業的革命。

硼化物與石墨烯材料相結合的研究近年來也逐漸受到重視。如圖1所示，石墨烯和氮化硼組織可以并排“生長”，石墨烯形成納米級的電路，電路間通過氮化硼隔開。如果能夠達到工業化應用的程度，這類材料將使人們更加重視硼化物材料。

圖1 砷化硼與石墨烯形成的納米電路板模型示意圖

 （中國船舶工業綜合技術經濟研究院 丁宏）