O crescimento de substratos de alta qualidade para aplicações microeletrônicas é um dos principais elementos que ajudam a impulsionar a sociedade em direção a uma economia verde mais sustentável. Hoje, o silício desempenha um papel central na indústria de semicondutores para dispositivos microeletrônicos e nanoeletrônicos.

Bolachas de silício de material monocristalino de alta pureza (99,0% ou superior) podem ser obtidas por meio de uma combinação de métodos de crescimento líquido, como puxar um cristal de semente do fundido e por epitaxia subsequente. O problema é que o primeiro processo não pode ser usado para o crescimento de carboneto de silício (SiC), porque falta uma fase de fusão.

No jornal Avaliações de Física Aplicada , Giuseppe Fisicaro e uma equipe internacional de pesquisadores, liderado por Antonio La Magna, descrever um estudo teórico e experimental dos mecanismos atômicos que regem a cinética de defeito estendida em SiC cúbico (3C-SiC), que tem uma estrutura de cristal de zincblenda tipo diamante (ZnS) que manifesta instabilidades de empilhamento e anti-fase.

"O desenvolvimento de uma estrutura tecnológica para o controle de imperfeições cristalinas dentro do SiC para aplicações de largo bandgap pode ser uma estratégia para mudar o jogo, "disse Fisicaro.

O estudo dos pesquisadores aponta os mecanismos atomísticos responsáveis ​​pela geração e evolução de defeitos estendidos.

"Limites antifásicos - defeitos cristalográficos planares que representam o limite de contato entre duas regiões de cristal com ligações trocadas (C-Si em vez de Si-C) - são uma fonte crítica de outros defeitos estendidos em uma infinidade de configurações, " ele disse.

A redução eventual desses limites anti-fase "é particularmente importante para obter cristais de boa qualidade que podem ser usados ​​em dispositivos eletrônicos e permitir rendimentos comerciais viáveis, "disse Fisicaro.

Então, eles desenvolveram um código de simulação Monte Carlo inovador baseado em uma superrede, que é uma rede espacial que contém o cristal de SiC perfeito e todas as imperfeições do cristal. Isso ajudou a "lançar luz sobre os vários mecanismos de interação defeito-defeito e seu impacto nas propriedades eletrônicas deste material, " ele disse.

Dispositivos semicondutores de amplo bandgap emergentes, como os construídos com SiC, são importantes porque têm o potencial de revolucionar a indústria de eletrônicos de potência. Eles são capazes de velocidades de comutação mais rápidas, perdas mais baixas e tensões de bloqueio mais altas, que são superiores aos dispositivos baseados em silício padrão.

Grandes benefícios ambientais também estão envolvidos. "Se os dispositivos de silício do mundo usados ​​dentro desta faixa fossem substituídos por dispositivos 3C-SiC, uma redução de 1,2x10 ^ 10 quilowatts por ano poderia ser obtida, "Fisicaro disse.

“Isso corresponde a uma redução de 6 milhões de toneladas de emissões de dióxido de carbono, " ele disse.

Os pesquisadores concluíram que o baixo custo da abordagem heteroepitaxial 3C-SiC e a escalabilidade desse processo para wafers de 300 milímetros e além tornam esta tecnologia extremamente competitiva para motores de veículos elétricos ou híbridos. sistemas de ar condicionado, geladeiras, e sistemas de iluminação com díodos emissores de luz.