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半導(dǎo)體是智能手機(jī)、電視和其他日常生活中使用的設(shè)備的關(guān)鍵部件，使用這些設(shè)備會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致性能下降，并因溫度升高而縮短產(chǎn)品壽命。因此，需要具有高導(dǎo)熱性的新型材料。

碳化硅 (SiC) 作為下一代電力電子器件的半導(dǎo)體材料備受關(guān)注。一般來(lái)說(shuō)，晶體結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，導(dǎo)熱系數(shù)越高。然而，盡管 3C-SiC 具有僅次于金剛石的第二簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)，但尚未在理論水平上證明其導(dǎo)熱性。

大阪都立大學(xué)工學(xué)研究科梁建波副教授和重川直輝教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，基于其熱導(dǎo)率，首次證明了3C-SiC具有相當(dāng)于理論水平的高熱導(dǎo)率評(píng)估和原子級(jí)分析。

該研究小組使用了Air Water Inc.開(kāi)發(fā)的3C-SiC晶體。首先，他們證明了3C-SiC晶體在大直徑材料中具有高導(dǎo)熱性，僅次于金剛石。然后，他們表明 3C-SiC 晶體薄膜(頭發(fā)厚度的五十分之一)的熱導(dǎo)率可能高于金剛石，這也符合理論值。

接下來(lái)，他們進(jìn)行了原子級(jí)分析，以研究為什么他們能夠測(cè)量以前沒(méi)有觀察到的高導(dǎo)熱率。他們發(fā)現(xiàn) 3C-SiC 晶體幾乎不含任何雜質(zhì)：晶體中的原子排列規(guī)則，表明單晶質(zhì)量非常高。

此外，他們?cè)诠枰r底上形成了 3C-SiC 晶體，并對(duì)界面的熱導(dǎo)率進(jìn)行了原子級(jí)分析，結(jié)果表明界面處的原子排列沒(méi)有明顯的紊亂，表現(xiàn)出很高的熱導(dǎo)率。

“獨(dú)立的 3C-SiC 晶體和硅基板上的薄膜都具有高導(dǎo)熱性，我們預(yù)計(jì)可以以低成本制造大直徑晶圓。這應(yīng)該會(huì)在電子設(shè)備的實(shí)用層面上改善散熱，”梁教授總結(jié)道。

研究結(jié)果于 2022 年 11 月 23 日發(fā)表在Nature Communications上。

關(guān)鍵詞： 原子排列 理論水平 晶體結(jié)構(gòu) 智能手機(jī)