不塞車的電流公路　輝碲鉍礦晶體薄膜創電子移動率新紀錄

編譯／高晟鈞

由麻省理工學院、美國陸軍研究實驗室和其他物理學家組成的團隊，透過盡量減少晶體結構缺陷的方式生長出了純度超高，近乎完美的薄膜材料。在輝碲鉍礦晶體薄膜實現了破紀錄的電子移動率。

電子移動率

電子移動率（Electron mobility）是描述金屬與半導體內部電子，在電場作用下移動速度的物理量。在半導體中，人們通常用「載子遷移率」來描述半導體內部電洞與電子運動速度的快慢。

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當材料的電子移動率越高，就意謂著更好的導電性能。具有高電子移動率的材料，就像是沒有堵塞、紅綠燈的高速公路，電子能輕易在材料內部中穿過，是科學家得以開發夢寐以求永續電子設備的關鍵。

輝碲鉍礦

輝碲鉍礦（Tetradymite），源自希臘語的「Tetra」與「Dymite」，分別代表「四」與「雙胞胎」的意思。這兩個術語很好地描述了輝碲鉍礦的晶體結構：由鉍、銻碲、硫和硒四個為一組所組成的「孿生」菱形晶體。自1950年代開始，輝碲鉍礦便被發現具有優秀的熱電性能，此外，其在微觀、奈米級表面內的電子相互作用更加明顯。

為了生長純晶體薄膜，研究人員採用了「分子束磊晶」的技術，精確地控制溫度將分子沉積在基材上，凝結並緩慢堆積。透過控制沉積分子的時間與類型，科學家可以得到精確、幾乎沒有任何缺陷的超薄晶體薄膜。

輝碲鉍礦晶體薄膜

團隊所生長的輝碲鉍礦晶體薄膜，每層厚度約為100奈米。研究團隊利用「量子振盪」來測試薄膜的電子移動率。倘若量子振盪存在，即意謂著材料的電阻可以改變，並由此推斷電子可以輕鬆地在材料內流動。經測試，研究團隊估計輝碲鉍礦晶體薄膜的電子移動率達到了驚人的10,000cm²/Vs，是迄今為止所有輝碲鉍礦晶體薄膜中最高的電子移動率。

輝碲鉍礦晶體薄膜有望成為未來電子產品一種相當有前景的材料，包括將廢熱轉化為電能的熱電設備、自旋電子裝置等等。

資料來源:Phys.org

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