in

Une tranche de carbure de silicium cubique démontre une conductivité thermique élevée, juste derrière le diamant

Une équipe de chercheurs en science et ingénierie des matériaux de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign a résolu une énigme de longue day concernant les valeurs de conductivité thermique mesurées inférieures des cristaux en vrac de carbure de silicium cubique (3C-SiC) dans la littérature par rapport au polytype SiC à section hexagonale structurellement as well as complexe (6H-SiC). La nouvelle conductivité thermique mesurée du 3C-SiC en vrac a la deuxième conductivité thermique la as well as élevée parmi les grands cristaux à l’échelle du pouce, juste derrière le diamant.

L’équipe a collaboré avec Air Drinking water, Inc. pour développer des cristaux de haute qualité, avec les mesures de conductivité thermique effectuées à l’UIUC dans la suite MRL Laser and Spectroscopy. Leurs résultats ont été récemment publiés dans Mother nature Communications.

En électronique de puissance. Les matériaux à haute conductivité thermique (κ) sont essentiels dans la conception de la gestion thermique. Les polytypes SiC à period hexagonale (6H et 4H) sont les furthermore largement utilisés et largement étudiés, tandis que le polytype SiC à period cubique (3C) est moins bien compris, bien qu’il ait le potentiel d’avoir les meilleures propriétés électroniques et un κ moreover élevé. Cahill et Zhe expliquent qu’il existe une énigme de longue day concernant la conductivité thermique mesurée du 3C-SiC dans la littérature  : le 3C-SiC est inférieur à celui de la period 6H-SiC structurellement moreover complexe et mesure une valeur inférieure au κ théoriquement prédit. évaluer. Ceci est une contradiction de la théorie prédite selon laquelle la complexité structurelle et la conductivité thermique sont inversement liées (à mesure que la complexité structurelle augmente, la conductivité thermique devrait diminuer).

Zhe dit que le 3C-SiC n’est “pas un nouveau matériau, mais le problème que les chercheurs ont eu auparavant est la mauvaise qualité et la pureté des cristaux, ce qui les amène à mesurer une conductivité thermique inférieure à celle des autres phases de carbure de silicium”. Les impuretés de bore contenues dans les cristaux 3C-SiC provoquent une diffusion exceptionnellement forte des phonons résonnants, ce qui réduit considérablement sa conductivité thermique.

Les cristaux massifs de 3C-SiC à l’échelle d’une plaquette produits par Air Drinking water Inc. L’équipe a observé une conductivité thermique élevée à partir des cristaux 3C-SiC de haute pureté et de haute qualité cristalline. Zhe dit que “la conductivité thermique mesurée des cristaux massifs de 3C-SiC dans ce travail est d’environ 50% supérieure à celle du 6H-SiC structurellement moreover complexe, conformément aux prédictions selon lesquelles la complexité structurelle et la conductivité thermique sont inversement liées. De plus, le 3C-SiC les couches minces développées sur des substrats de Si ont des conductivités thermiques dans le strategy et dans le strategy croisé report, même supérieures à celles des couches minces de diamant d’épaisseurs équivalentes. »

qui a le κ le additionally élevé parmi tous les matériaux naturels. Cependant, pour les matériaux de gestion thermique, le diamant est limité par son coût élevé, sa petite taille de tranche et sa difficulté d’intégration avec d’autres semi-conducteurs. Le 3C-SiC est moins cher que le diamant, peut facilement être intégré à d’autres matériaux et peut être développé en grandes tailles de plaquettes. Cahill déclare  : “La combinaison distinctive de propriétés thermiques, électriques et structurelles du 3C-SiC peut révolutionner la prochaine génération d’électronique en l’utilisant comme composants actifs (matériaux électroniques) ou comme matériaux de gestion thermique”, car or truck le 3C-SiC possède la plus haute résistance thermique. l’électronique radiofréquence et l’optoélectronique.

Les autres auteurs de l’article incluent  : Jianbo Liang (professeur associé, Département de physique et d’électronique, Université métropolitaine d’Osaka), Keisuke Kawamura (Division SIC, Air H2o Inc.), Hao Zhou (Département de génie mécanique, Université de l’Utah), Hidetoshi Asamura (Département des matériaux spécialisés, Unité d’électronique, Air Water Inc.), Hiroki Uratani (Division SIC, Air Water Inc.), Janak Tiwari (Département de génie mécanique, Université de l’Utah), Samuel Graham (George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technological innovation), Yutaka Ohno (Institute for Elements Investigation, Tohoku University), Yasuyoshi Nagai (Institute for Products Exploration, Tohoku College), Tianli Feng Department of Mechanical Engineering, College of Utah) et Naoteru Shigekawa (Professeur, Département de physique et d’électronique, Université métropolitaine d’Osaka).