碳化硅 (SiC) 是一种半导体，与纯硅相比具有某些优势，使其在高功率、高频率和高温应用中非常理想。然而，它的缺点是优质的 SiC 晶体难以生长。日本的研究人员今天在《自然》杂志上报告说，他们通过改进晶体形成的晶种克服了这些困难。
与大多数工业半导体不同，SiC 没有液态形式，这意味着必须开发全新的技术才能从 SiC 蒸汽中生长出大型晶体。不幸的是，这些过程会导致结构缺陷，从而影响由所得 SiC 晶圆制成的芯片的性能。丰田中央研发实验室的 Kazumasa Takatori 和他的同事通过在多个方向上生长单个 SiC 晶体，成功减少了晶体中的缺陷数量。
SiC 的基本结构是硅-碳双层，其中硅原子位于碳六边形的顶部。这些双层定义了所谓的 c 面。研究人员通常在籽晶的 c 面上生长晶圆，但最终产品往往布满了微米级的孔洞。为了避免这些“微管”，Takatori 和他的合作者在不同的面上生长他们的晶体——在所谓的 a 面之一上。这个过程类似于盖房子，不是从地基开始，而是从东墙到西墙。研究小组最初以这种方式生产的晶体实际上充满了缺陷，但科学家们沿着“南北”方向（也是 a 面）切割切片，并用它们来生长新的晶体。这种 a 面再播种重复了几次，最后一步是 c 面生长。结果表明，晶体中的缺陷数量随着 a 面生长的每个阶段呈指数下降。
支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
Takatori 预计，一旦可靠的组件制造出来，SiC 可能会出现在电源转换器、汽车和家用电器以及通信基站的放大器中。他说：“SiC 半导体通常预计在 2010-2012 年左右投入实际使用。” 法国格勒诺布尔国家理工学院的 Roland Madar 在一篇随附的评论中指出，“碳化硅最终已成为硅王冠的竞争者。”