美国物理研究所 立方碳化硅
信用:朱塞佩·菲西卡罗 微电子应用的高质量衬底的增长是推动社会向更可持续的绿色经济发展的关键因素之一
今天，硅在微电子和纳米电子器件的半导体工业中发挥着核心作用
高纯度硅片(99
0%或更高)单晶材料可以通过液体生长方法的组合来获得，例如从熔体中提拉籽晶和随后的外延
问题是前一种方法不能用于碳化硅的生长，因为它缺少熔化阶段
在《应用物理评论》杂志上，朱塞佩·菲西卡罗和安东尼奥·拉·麦格纳领导的国际研究小组描述了立方碳化硅(3C-碳化硅)中控制扩展缺陷动力学的原子机制的理论和实验研究，立方碳化硅具有类金刚石闪锌矿(硫化锌)晶体结构，表现出堆垛层错和反相不稳定性
“为宽带隙应用开发一个控制碳化硅晶体缺陷的技术框架可能是一个改变游戏规则的策略，”菲西卡罗说
研究人员的研究指出了导致扩展缺陷产生和演化的原子机制
“反相界面——代表两个具有转换键(碳硅而不是硅碳)的晶体区域之间的接触界面的平面晶体缺陷——是许多结构中其他扩展缺陷的关键来源，”他说
最终减少这些反相边界“对于获得可用于电子器件的高质量晶体和实现可行的商业产量尤为重要，”菲西卡罗说
因此，他们开发了一种基于超晶格的创新模拟蒙特卡罗代码，超晶格是一种包含完美碳化硅晶体和所有晶体缺陷的空间晶格
他说，这有助于“阐明缺陷-缺陷相互作用的各种机制及其对这种材料电子特性的影响”
新兴的宽带隙半导体器件，如用碳化硅制造的器件，意义重大，因为它们有可能彻底改变电力电子工业
它们具有比标准硅基器件更快的开关速度、更低的损耗和更高的阻断电压
还涉及巨大的环境效益
“如果世界上在这个范围内使用的硅功率器件被3C-碳化硅器件取代，则减少1
每年可以获得2x10^10千瓦，”菲西卡罗说
“这相当于减少了600万吨二氧化碳排放，”他说
研究人员得出结论，3C-碳化硅异质外延方法的低成本和该工艺对300毫米晶圆的可扩展性使得该技术在电动或混合动力汽车的电机驱动、空调系统、冰箱和发光二极管照明系统方面极具竞争力
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