半导体材料“3C-SiC”的晶体纯度和质量进展

2022年12月，来自大阪公立大学、伊利诺伊大学、Air Water、东北大学和佐治亚理工学院的研究小组宣布了半导体材料“3C-SiC”（立方碳化硅）的晶体纯度和质量进展。

SiC 作为下一代功率半导体的材料备受关注，其实际应用正在取得进展。多为六方棱柱晶的“4H-SiC”和“6H-SiC”。与这些相比，“3C-SiC”具有更简单的晶体结构，并有望具有更高的热导率。而国外制造的3C-SiC的导热系数为90W/m·K，低于6H-SiC的实测值（320W/m·K）。

这次，合作团队使用 Air Water 开发的 3C-SiC 晶体，评估了热导率并进行了原子级分析。具体而言，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 自支撑衬底。

此外，使用TEM（透射电子显微镜）和X射线摇摆曲线（XRC）方法评估原子排列和结晶度。没有观察到纳米级晶体缺陷，证实了原子是规则排列的。还发现 XRC 峰很窄，晶体质量很高。

随后，使用时域热反射器方法评估了3C-SiC自支撑衬底和厚度为1μm的3C-SiC薄膜的热导率。结果，自支撑基板具有超过500W/m·K的高度各向同性导热率。在大直径材料中导热系数仅次于金刚石。我们还发现，厚度为 1 μm 的 3C-SiC 薄膜具有比相同厚度的金刚石更高的导热系数。此外，3C-SiC/Si 界面的热导率在异种材料界面中表现出最高值。

3C-SiC 比金刚石便宜，可用于制造大直径晶圆。其他主要特性包括能够在硅衬底上形成晶体以及 3C-SiC/Si 界面的高导热性。

此项研究的成果有：大阪公立大学工学研究科副教授梁健波和重川直树教授；美国伊利诺伊大学程哲博士和David G. Cahill教授；Air Water的Keisuke Kawamura博士；佐治亚理工学院研究员 Hiroshi Ohno、Kosuke Nagai 教授和 Samuel Graham 教授。

审核编辑 ：李倩