La croissance de substrats de haute qualité pour les applications microélectroniques est l'un des éléments clés aidant à conduire la société vers une économie verte plus durable. Aujourd'hui, le silicium joue un rôle central dans l'industrie des semi-conducteurs pour les dispositifs microélectroniques et nanoélectroniques.

Des plaquettes de silicium d'un matériau monocristallin de haute pureté (99,0 % ou plus) peuvent être obtenues via une combinaison de méthodes de croissance liquide, telles que l'extraction d'un germe cristallin de la masse fondue et par épitaxie ultérieure. Le hic, c'est que le premier procédé ne peut pas être utilisé pour la croissance du carbure de silicium (SiC), car il manque une phase de fusion.

Dans la revue Examens de physique appliquée , Giuseppe Fisicaro et une équipe internationale de chercheurs, dirigé par Antonio La Magna, décrire une étude théorique et expérimentale des mécanismes atomiques régissant la cinétique des défauts étendus dans le SiC cubique (3C-SiC), qui a une structure cristalline de type diamant zincblende (ZnS) qui manifeste à la fois des instabilités d'empilement et d'anti-phase.

"Le développement d'un cadre technologique pour le contrôle des imperfections cristallines au sein du SiC pour les applications à large bande interdite peut être une stratégie qui change la donne, " dit Fisicaro.

L'étude des chercheurs met en évidence les mécanismes atomistiques responsables de la génération et de l'évolution étendues des défauts.

« Les limites anti-phase - les défauts cristallographiques planaires représentant la limite de contact entre deux régions cristallines avec des liaisons commutées (C-Si au lieu de Si-C) - sont une source critique d'autres défauts étendus dans une pléthore de configurations, " il a dit.

La réduction éventuelle de ces limites d'antiphase « est particulièrement importante pour obtenir des cristaux de bonne qualité pouvant être utilisés dans des appareils électroniques et permettre des rendements commerciaux viables, " dit Fisicaro.

Ils ont donc développé un code Monte Carlo de simulation innovant basé sur un super-réseau, qui est un réseau spatial qui contient à la fois le cristal SiC parfait et toutes les imperfections du cristal. Il a permis de « faire la lumière sur les différents mécanismes d'interactions défaut-défaut et leur impact sur les propriétés électroniques de ce matériau, " il a dit.

Nouveaux dispositifs semi-conducteurs à large bande interdite, tels que ceux construits avec SiC, sont importants car ils ont le potentiel de révolutionner l'industrie de l'électronique de puissance. Ils sont capables de vitesses de commutation plus rapides, des pertes plus faibles et des tensions de blocage plus élevées, qui sont supérieurs à ceux des appareils standards à base de silicium.

D'énormes avantages environnementaux sont également impliqués. "Si les dispositifs d'alimentation au silicium du monde utilisés dans cette gamme étaient remplacés par des dispositifs 3C-SiC, une réduction de 1,2x10^10 kilowatts par an pourrait être obtenue, " a déclaré Fisicaro.

"Cela correspond à une réduction de 6 millions de tonnes d'émissions de dioxyde de carbone, " il a dit.

Les chercheurs ont conclu que le faible coût de l'approche hétéro-épitaxiale 3C-SiC et l'évolutivité de ce processus à des plaquettes de 300 millimètres et au-delà rendent cette technologie extrêmement compétitive pour les entraînements de moteurs de véhicules électriques ou hybrides, systèmes de climatisation, réfrigérateurs, et des systèmes d'éclairage à diodes électroluminescentes.