近日，美国理海大学（Lehigh University）材料研究学者Siddha Pimputkar由于开发出一种生长大尺寸单晶氮化物的新方法而荣获美国国家科学基金（NSF）奖，这意味着在五年内提供大约50万美元的稳定支持。这一研究成果很可能会影响包括立方氮化硼、氮化铝、氮化铝镓等更高效、廉价地应用于电子半导体等新材料应用领域。

氮化物概念广泛，多数是由氮原子与另一种金属元素结合甚至多种金属元素结合的产物，这位研究人员Siddha Pimputkar认为立方氮化硼是大尺寸单晶氮化物中最难制备的。“立方氮化硼有潜力在更极端的条件下工作，并且可以耐受更高的电压和电流。电压越高，输出相同功率所需的电流就越小。就像输电线路一样，我们希望在尽可能高的电压下运行，以减少通过系统的电流量，从而减少由于系统效率低下而产生的能耗。这反过来又允许人们消除或重新设想电路的整个组成部分，从而减少这些电力转换器的尺寸，从而降低其成本。”比如，在混合动力或纯电动汽车应用中，这意味着不再需要主动冷却系统，从而消除器件的复杂性和出现故障的可能，被动冷却成为可能。

但是，氮化物的制备很难，大尺寸单晶就更难。Pimputkar解释，大尺寸很重要，这意味着芯片成本的下降。但晶体缺陷会导致对材料以及使用该材料的电子器件性能产生负面影响；同时生长时间极其缓慢，比如典型块状氮化物晶体的生长速率为每天0.1-1毫米，这就是当前的工业化的困境。

当前很难制备大尺寸立方氮化硼单晶

新方法被称为“压力烹饪”法（Pressure-cooking），类似于用速溶锅（可以简单理解为新型压力锅）烹饪牛肉的原理。它使得一种包含氮化锂的前驱体能够在该系统中加热到高温，转化为液态，但不会使氮化物被分解。“氮化锂的欧电视它含有25%的氮，高的氮含量极大地促进了氮化物生长”。这种方法不限于制备氮化硼晶体，还包括氮化镓、氮化铝以及氮化铝镓等。

新方法相对于现在高温高压的制备方式可以采用较低的温度，大大降低压力，也更利于大尺寸晶体的构建。而项目获得成功，将不止给半导体产业带来革新，同样会为超硬切割材料（立方氮化硼的优势在于切割黑色金属）带来革命。新方法需要新装备，新装备实现新思路”， Pimputkar以此作为总结。

编译 YUXI

详细研究成果可以去到以下地址：https://wordpress.lehigh.edu/pimputkar/