수수께끼 풀기: 큐빅 실리콘 카바이드 웨이퍼는 다이아몬드에 이어 두 번째로 높은 열전도율을 보여줍니다.

[아름이]

수수께끼 풀기: 큐빅 실리콘 카바이드 웨이퍼는 다이아몬드에 이어 두 번째로 높은 열전도율을 보여줍니다.
날짜:
2022년 12월 8일
원천:
일리노이 대학교 그레인저 공과대학
요약:
연구자들은 문헌에서 구조적으로 더 복잡한 육각형 상 SiC 다형(6H-SiC)보다 입방정 탄화규소(3C-SiC) 벌크 결정의 더 낮은 측정 열전도도 값에 대한 오랜 수수께끼를 풀었습니다. 벌크 3C-SiC의 새로 측정된 열전도율은 인치 크기의 대형 결정 중에서 다이아몬드 다음으로 두 번째로 높은 열전도율을 나타냅니다.

일리노이 대학교 어바나-샴페인 재료 과학 및 공학 연구원 팀은 문헌에서 구조적으로 더 복잡한 육각형 상 SiC 다형보다 입방정 탄화규소(3C-SiC) 벌크 결정의 더 낮은 측정 열전도도 값에 대한 오랜 수수께끼를 풀었습니다. (6H-SiC). 벌크 3C-SiC의 새로 측정된 열전도율은 인치 크기의 대형 결정 중에서 다이아몬드 다음으로 두 번째로 높은 열전도율을 나타냅니다.

David Cahill 교수(Grainger Distinguished Engineering Chair and co-director of the IBM-Illinois Discovery Accelerator Institute)와 Dr. Zhe Cheng(Postdoc)은 500Wm-1K를 초과하는 3C-SiC 결정의 등방성 높은 열전도율을 보고 합니다 . 1 . 이 팀은 일본에 기반을 둔 Air Water, Inc와 협력하여 MRL 레이저 및 분광기 제품군의 UIUC에서 수행된 열전도도 측정을 통해 고품질 결정을 성장시켰습니다. 그들의 결과는 최근 Nature Communications에 발표되었습니다.

실리콘 카바이드(SiC)는 전자 응용 분야에서 일반적으로 사용되는 넓은 밴드갭 반도체이며 다양한 결정 형태(다형)를 가지고 있습니다. 전력 전자 장치에서 중요한 문제는 장기적으로 장치의 과열과 장치 성능 및 신뢰성 저하로 이어질 수 있는 높은 국부적 열 플럭스의 열 관리입니다. 열전도율(κ)이 높은 재료는 열 관리 설계에서 매우 중요합니다. 육방정상 SiC 다형(6H 및 4H)은 가장 널리 사용되고 광범위하게 연구되는 반면, 입방상 SiC 다형(3C)은 최고의 전자적 특성과 더 높은 κ를 가질 가능성이 있음에도 불구하고 덜 이해됩니다. Cahill과 Zhe는 문헌에서 3C-SiC의 측정된 열전도도에 대한 오랜 수수께끼가 있었다고 설명합니다. 3C-SiC는 구조적으로 더 복잡한 6H-SiC 상보다 낮고 이론적으로 예측된 ​​κ 값보다 낮게 측정됩니다. 이는 구조복잡도와 열전도도가 반비례 관계(구조복잡도가 높아질수록 열전도도는 낮아져야 함)라는 예측이론의 모순이다.

Zhe는 3C-SiC가 "신소재는 아니지만 이전에 연구원들이 가지고 있던 문제는 결정 품질과 순도가 낮아서 다른 탄화규소 상보다 낮은 열전도도를 측정하는 것"이라고 말했습니다. 3C-SiC 결정에 포함된 붕소 불순물은 매우 강한 공명 포논 산란을 일으켜 열전도율을 크게 낮춥니다.

Air Water Inc.에서 생산한 웨이퍼 규모의 3C-SiC 벌크 결정은 저온 화학 기상 증착으로 성장했으며 높은 결정 품질과 순도를 가졌습니다. 연구팀은 고순도 및 고결정 품질의 3C-SiC 결정에서 높은 열전도도를 관찰했습니다. Zhe는 "이 작업에서 3C-SiC 벌크 결정의 측정된 열전도율은 구조적으로 더 복잡한 6H-SiC보다 ~50% 더 높으며, 이는 구조적 복잡성과 열전도율이 반비례 관계에 있다는 예측과 일치합니다. 더욱이 3C-SiC Si 기판에서 성장한 박막은 동일한 두께의 다이아몬드 박막보다 훨씬 더 높은 평면 및 교차 평면 열전도율을 기록했습니다."

이번 연구에서 측정된 높은 열전도율은 모든 천연 재료 중에서 가장 높은 κ를 갖는 인치 크기 결정 중에서 단결정 다이아몬드 다음으로 3C-SiC를 평가한다. 그러나 열 관리 재료의 경우 다이아몬드는 높은 비용, 작은 웨이퍼 크기 및 다른 반도체와의 통합 어려움으로 인해 제한됩니다. 3C-SiC는 다이아몬드보다 저렴하고 다른 재료와 쉽게 통합될 수 있으며 대형 웨이퍼 크기로 성장할 수 있어 적합한 열 관리 재료 또는 높은 열전도율을 갖춘 우수한 전자 재료로 제조 확장이 가능합니다. Cahill은 "3C-SiC의 열, 전기 및 구조적 특성의 고유한 조합은 활성 구성 요소(전자 재료) 또는 열 관리 재료로 사용하여 차세대 전자 제품에 혁명을 일으킬 수 있습니다."라고 말합니다. 3C-SiC는 모든 SiC 폴리타입 중에서 열전도율이 가장 높고 장치 냉각을 촉진하고 전력 소비를 줄이는 데 도움이 되기 때문입니다. 3C-SiC의 높은 열 전도성은 전력 전자, 무선 주파수 전자 및 광전자와 같은 응용 분야에 영향을 미칠 가능성이 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/