2022年12月，來自大阪公立大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)、Air Water、東北大學(xué)和佐治亞理工學(xué)院的研究小組宣布了半導(dǎo)體材料“3C-SiC”（立方碳化硅）的晶體純度和質(zhì)量進(jìn)展。

SiC 作為下一代功率半導(dǎo)體的材料備受關(guān)注，其實際應(yīng)用正在取得進(jìn)展。多為六方棱柱晶的“4H-SiC”和“6H-SiC”。與這些相比，“3C-SiC”具有更簡單的晶體結(jié)構(gòu)，并有望具有更高的熱導(dǎo)率。而國外制造的3C-SiC的導(dǎo)熱系數(shù)為90W/m·K，低于6H-SiC的實測值（320W/m·K）。

這次，合作團(tuán)隊使用 Air Water 開發(fā)的 3C-SiC 晶體，評估了熱導(dǎo)率并進(jìn)行了原子級分析。具體而言，首先，在硅(Si)基板上形成厚度100μm的3C-SiC。之后，去除 Si 以制造 3C-SiC 自支撐襯底。

此外，使用TEM（透射電子顯微鏡）和X射線搖擺曲線（XRC）方法評估原子排列和結(jié)晶度。沒有觀察到納米級晶體缺陷，證實了原子是規(guī)則排列的。還發(fā)現(xiàn) XRC 峰很窄，晶體質(zhì)量很高。

隨后，使用時域熱反射器方法評估了3C-SiC自支撐襯底和厚度為1μm的3C-SiC薄膜的熱導(dǎo)率。結(jié)果，自支撐基板具有超過500W/m·K的高度各向同性導(dǎo)熱率。在大直徑材料中導(dǎo)熱系數(shù)僅次于金剛石。我們還發(fā)現(xiàn)，厚度為 1 μm 的 3C-SiC 薄膜具有比相同厚度的金剛石更高的導(dǎo)熱系數(shù)。此外，3C-SiC/Si 界面的熱導(dǎo)率在異種材料界面中表現(xiàn)出最高值。

3C-SiC 比金剛石便宜，可用于制造大直徑晶圓。其他主要特性包括能夠在硅襯底上形成晶體以及 3C-SiC/Si 界面的高導(dǎo)熱性。

此項研究的成果有：大阪公立大學(xué)工學(xué)研究科副教授梁健波和重川直樹教授；美國伊利諾伊大學(xué)程哲博士和David G. Cahill教授；Air Water的Keisuke Kawamura博士；佐治亞理工學(xué)院研究員 Hiroshi Ohno、Kosuke Nagai 教授和 Samuel Graham 教授。

審核編輯 ：李倩