科學家成功開發出一種先進電子裝置，能在極端高溫達 500°C 以及低溫接近絕對零度（約 -271°C）的環境下可靠運作。這項突破來自沙地阿拉伯阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的研究團隊，他們利用矽摻雜的 β-氧化鎵（β-Ga₂O₃）超寬帶隙半導體材料，克服傳統矽基電子元件在高溫漏電或低溫載子凍結的限制。該技術有望為太空探測、量子計算及嚴苛工業應用開啟新篇章。
研究團隊透過重度矽摻雜 β-氧化鎵，成功製作出 FinFET 電晶體和反相器等裝置。傳統矽基電子元件通常在 200°C 以上便會失效，而在低溫環境下，當溫度降至約 100K（-173°C）時，載子凍結現象會導致電子無法有效移動，裝置功能喪失。
β-氧化鎵擁有約 4.5-4.9 eV 的超寬帶隙，這使其電子難以被激發進入導電狀態，從而具備優異的高溫穩定性和高崩潰電場強度。研究人員發現，透過矽原子大量摻雜，可在材料中形成「雜質帶」，讓電子在極低溫下透過「跳躍傳導」機制繼續移動，而非依賴熱能躍遷至導帶。此創新方法有效解決了低溫下的載子凍結問題。
測試顯示，這些裝置在高達 500°C 的高溫下維持穩定運作，在低溫低至 2K（接近絕對零度）的環境中功能仍可靠。這是超寬帶隙半導體首次被證實可用於低溫電晶體和邏輯反相器，性能遠超傳統材料。
此技術的潛在應用極為廣泛。在太空領域，太空探測器和衛星常需面對劇烈的溫度變化，從接近絕對零度的深空到陽光直射下的高溫，新材料可大幅提升電子系統的可靠性和壽命。在量子計算領域，低溫環境是維持量子位元穩定的關鍵，此裝置有望成為關鍵組件。此外，石油天然氣勘探、核能設施及極端工業環境，也將因這種耐高低溫的電子裝置而受益。
研究人員表示，目前已奠定基本元件基礎，未來將致力擴展至射頻電晶體、光偵測器和記憶體等更複雜的晶片系統。研究團隊的指導教授 Xiaohang Li 指出：「我們已展示基本建構塊，接下來的工作是將其擴展為複雜的低溫晶片，並在超低溫領域推升性能極限。」
這項成果不僅突顯材料科學在極端環境電子學的潛力，也為下一代耐環境電子裝置鋪路。隨著相關技術持續優化，預期將加速太空探索和先進計算領域的發展，為人類面對嚴苛環境的挑戰提供有力工具。
