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半导体是智能手机、电视和其他日常生活中使用的设备的关键部件，使用这些设备会产生热量，导致性能下降，并因温度升高而缩短产品寿命。因此，需要具有高导热性的新型材料。

碳化硅 (SiC) 作为下一代电力电子器件的半导体材料备受关注。一般来说，晶体结构越简单，导热系数越高。然而，尽管 3C-SiC 具有仅次于金刚石的第二简单的晶体结构，但尚未在理论水平上证明其导热性。

大阪都立大学工学研究科梁建波副教授和重川直辉教授领导的研究小组，基于其热导率，首次证明了3C-SiC具有相当于理论水平的高热导率评估和原子级分析。

该研究小组使用了Air Water Inc.开发的3C-SiC晶体。首先，他们证明了3C-SiC晶体在大直径材料中具有高导热性，仅次于金刚石。然后，他们表明 3C-SiC 晶体薄膜(头发厚度的五十分之一)的热导率可能高于金刚石，这也符合理论值。

接下来，他们进行了原子级分析，以研究为什么他们能够测量以前没有观察到的高导热率。他们发现 3C-SiC 晶体几乎不含任何杂质：晶体中的原子排列规则，表明单晶质量非常高。

此外，他们在硅衬底上形成了 3C-SiC 晶体，并对界面的热导率进行了原子级分析，结果表明界面处的原子排列没有明显的紊乱，表现出很高的热导率。

“独立的 3C-SiC 晶体和硅基板上的薄膜都具有高导热性，我们预计可以以低成本制造大直径晶圆。这应该会在电子设备的实用层面上改善散热，”梁教授总结道。

研究结果于 2022 年 11 月 23 日发表在Nature Communications上。

关键词： 原子排列 理论水平 晶体结构 智能手机