近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心的陈小龙团队提出了调控固-液界面能，在异质籽晶上较同质籽晶优先形核和生长的学术思想。主要包括：1)3C(111)面和4H(0001)面的晶格失配度小，固-固界面能很低；2)4H和3C体相Gibbs自由能的差别较小；3)如果通过调控熔体成份，使得3C(111)-熔体的界面能较4H(0001)-熔体的界面能足够低，二维形核以及后续生长的Gibbs自由能则对于3C相更有利。该团队自主设计、搭建了超高温熔体表面张力和固-液接触角测试设备，在高温下测量了不同成份熔体的表面张力，熔体与4H-SiC、3C-SiC的接触角，获得了4H-SiC、3C-SiC与高温熔体的固-液界面能的变化规律，验证了界面能调控的可行性。该团队利用高温液相法，实现了相同过饱和度条件下3C-SiC的Gibbs自由能更低的要求，抑制了生长过程中的相变，在国际上首次生长出了直径2-4英寸、厚度4-10mm、单一晶型的3C-SiC单晶，如图1和图2所示。

相关成果以“High Quality and Wafer-Scale Cubic Silicon Carbide Single Crystals为题在Energy Environment Materials (2023, 0, e12678)上发表。博士研究生王国宾和盛达为共同第一作者，李辉副研究员和陈小龙研究员为共同通讯作者。王文军主任工程师和郭建刚研究员深度参与了本工作。相关成果已申请了国内发明专利和国际PCT专利：陈小龙，李辉，王国宾，盛达，王文军，郭建刚；用于制备3C-SiC单晶的方法；申请号：202310109001.9，PCT/CN2023/090284。以上工作得到了北京市科委、科技部、中国科学院、国家自然科学基金委、工信部等相关部门的大力支持。
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编辑：悦悦