碳化矽 (SiC) 是一種半導體，與純矽相比具有某些優勢，使其在高功率、高頻率和高溫應用中非常理想。然而，它的缺點是優質的 SiC 晶體難以生長。日本的研究人員今天在《自然》雜誌上報告說，他們透過改進晶體形成的晶種克服了這些困難。
與大多數工業半導體不同，SiC 沒有液態形式，這意味著必須開發全新的技術才能從 SiC 蒸汽中生長出大型晶體。不幸的是，這些過程會導致結構缺陷，從而影響由所得 SiC 晶圓製成的晶片的效能。豐田中央研發實驗室的 Kazumasa Takatori 和他的同事透過在多個方向上生長單個 SiC 晶體，成功減少了晶體中的缺陷數量。
SiC 的基本結構是矽-碳雙層，其中矽原子位於碳六邊形的頂部。這些雙層定義了所謂的 c 面。研究人員通常在籽晶的 c 面上生長晶圓，但最終產品往往佈滿了微米級的孔洞。為了避免這些“微管”，Takatori 和他的合作者在不同的面上生長他們的晶體——在所謂的 a 面之一上。這個過程類似於蓋房子，不是從地基開始，而是從東牆到西牆。研究小組最初以這種方式生產的晶體實際上充滿了缺陷，但科學家們沿著“南北”方向（也是 a 面）切割切片，並用它們來生長新的晶體。這種 a 面再播種重複了幾次，最後一步是 c 面生長。結果表明，晶體中的缺陷數量隨著 a 面生長的每個階段呈指數下降。
支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
Takatori 預計，一旦可靠的元件製造出來，SiC 可能會出現在電源轉換器、汽車和家用電器以及通訊基站的放大器中。他說：“SiC 半導體通常預計在 2010-2012 年左右投入實際使用。” 法國格勒諾布林國家理工學院的 Roland Madar 在一篇隨附的評論中指出，“碳化矽最終已成為矽王冠的競爭者。”