日本研究人員已經證明，立方碳化硅薄膜的熱導率可以高于金剛石。

       由大阪都立大學工學研究生院的梁建波副教授和直川直徹教授領導的團隊使用熱導率評估和原子級分析表明，立方版本3C-SiC表現出相當于理論水平的高導熱系數。

       首先，他們展示了3C-SiC大塊晶體，使用來自大阪供應商Air Water Inc的化學物質在小硅片上生長，表現出500 W/mK的高導熱性，僅次于金剛石。然后，他們表明，0.75 um的3C-SiC晶體薄膜可以表現出比金剛石更高的熱導率，具有創紀錄的面內和橫面熱導率。

       在室溫下測量的3C-SiC的熱導率與其他高熱導晶體的晶圓尺寸的函數進行了比較。陰影部分包括來自大晶體的數據。

       該結果解決了一個長期存在的難題，即3C-SiC的熱導率文獻值低于結構更復雜的6H-SiC。高熱導率源于3C-SiC晶體的高純度和高晶體質量，避免了異常強烈的缺陷-聲子散射。

       3C-SiC是一種可以外延生長在硅上的SiC多型，并且3C-SiC- Si的熱邊界電導是半導體界面中最高的。這表明，3C-SiC薄膜是一種優秀的寬帶隙半導體，可作為有源元件和襯底應用于下一代電力電子器件。

       原子水平的分析，以調查為什么他們能夠測量以前沒有觀察到的高導熱率。他們發現3C-SiC晶體幾乎不含雜質：晶體中的原子有規律地排列，表明單晶質量非常高。

       此外，他們在硅襯底上形成3C-SiC晶體，并對界面的熱導率進行了原子級分析，發現界面處的原子排列沒有明顯的無序，并表現出高導熱性。

       “獨立的3C-SiC晶體和硅襯底上的薄膜都具有很高的導熱性，我們預計可以以低成本制造大直徑晶圓。這將在電子設備的實際水平上改善散熱。”

       研究結果發表在 Nature Communications 上。

       Cheng, Z., Liang, J., Kawamura, K. et al. High thermal conductivity in wafer-scale cubic silicon carbide crystals. Nat Commun 13, 7201 (2022). 

       https://doi.org/10.1038/s41467-022-34943-w

       來源：https://www.omu.ac.jp/en/