碳化硅宽带隙半导体器件或给电子业带来革命性变革

微电子应用高质量基板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。如今，硅在微电子和纳米电子器件的半导体工业中起着核心作用。

高纯度（99.0%或更高）的单晶硅片可以通过液体生长方法的组合获得，如从熔体中提取晶种并随后进行外延。不过由于碳化硅缺乏熔融相，不能用于碳化硅的生长。

美国物理研究所一研究团队描述了立方体SiC（3C-SiC）中控制扩展缺陷动力学的原子机制的理论和实验研究，该结构具有菱形锌蓝（ZnS）晶体结构，表现出堆积和反相不稳定性。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。

该研究精确地指出了导致扩展缺陷产生和演化的原子机制。反相畴界——代表两个具有交换键的晶体区域（C-Si而不是Si-C）之间的接触边界的平面晶体学缺陷——是过多结构中其他扩展缺陷的关键来源。最终减少这些反相边界，对于获得高质量的晶体，使其能够用于电子设备，并实现可行的商业产量特别重要。

因此，他们开发了一种基于超晶格的创新模拟蒙特卡洛程序，这种超晶格是一种空间晶格，它既包含了完美的SiC晶体，也包含了所有的晶体缺陷。这有助于 “揭示缺陷之间相互作用的各种机制及其对这种材料电子性能的影响”。

新兴宽带隙半导体器件，如用SiC制造的器件，意义重大，因为它们有可能彻底改变电力电子行业。它们具有更快的开关速度、更低的损耗和更高的阻断电压，比标准的硅基器件更有优势。

同时也带来了巨大的环境效益。 如果全球范围内使用的硅功率器件被3C-SiC器件取代，那么每年可以减少1.2×10^10千瓦的能耗， 这相当于减少600万吨二氧化碳排放。

研究人员总结说，3C-SiC异质外延方法的低成本以及该工艺可扩展到300毫米晶圆及以上，使这项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等方面极具竞争力。

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