炭化ケイ素基板

炭化ケイ素は、シリコンよりも多くの利点を持つ革新的な材料であり、特に、より高い耐圧と低いオン抵抗により、より効率的なパワー・エレクトロニクス・システムを可能にする。.

炭化ケイ素基板の製造には特別な装置が必要で、時間もかかる。最初のステップでは、ブールと呼ばれる大きな結晶を作り、それをその後の加工用にウェハーに切断する。.

熱伝導性に優れている

炭化ケイ素（SiC）基板は、その優れた特性により、パワーエレクトロニクスに不可欠な要素となっている。シリコン基板よりも高い効率と優れた熱伝導性を持つSiC基板は、高電圧を必要とする電気自動車や再生可能エネルギーシステムのような電力集約型アプリケーションに適している。.

SiCは高密度の半導体材料であり、バンドギャップが広いため電子の移動が速く、バンドギャップが狭いシリコンよりも優れている。さらに、この広いギャップは層間の電子移動を容易にし、デバイス全体の性能を向上させる。.

炭化ケイ素は、非常に高い機械的強度に加え、優れた電気的および熱的特性を有する。さらに、非常に高い耐熱性を持つため、工業炉のライニング材として有用であり、非常に硬いため、摩耗や磨耗に耐えるポンプやロケットエンジンの部品の製造に適している。.

炭化ケイ素は非常に硬く、ケイ素と炭素の合成化合物である。天然のものはモアッサナイトとして存在するが、そのほとんどは、珪砂と炭素の混合物が六角形のブールを形成するまで高温で加熱するアチソン反応によって合成的に製造される。.

炭化ケイ素は、その低いオン抵抗と大きなバンドギャップにより、シリコンよりも際立っており、ハイパワーアプリケーションに最適な材料となっている。さらに、オン抵抗が低いため、太陽光発電システムやマイクロエレクトロニクスの用途にも適している。.

炭化ケイ素基板は、セラミックコンデンサーや絶縁体など、耐摩耗材料として広く利用されている。さらに、その硬度から耐摩耗性を抑えた砥石やサンドペーパーとしても重宝されている。さらに、炭化ケイ素基板は、カーボランダム版画（アルミ板にカーボランダム砥粒を塗布して印刷痕を作る凹版技法）で使用される不可欠な材料であり、ますます人気が高まっている芸術分野である。.

電気をよく通す

炭化ケイ素は優れた電気伝導体であり、多くの電子用途に利用できる。リーク電流とオンステート抵抗が低く、どちらも高周波アプリケーションに不可欠なパラメータです。さらに、炭化ケイ素はシリコンの3倍の熱伝導率を誇り、放射線障害にも耐性があります。.

炭化ケイ素の高電圧定格は、電気モーター・ドライブやパワー・エレクトロニクス・システムで使用される高速スイッチング・デバイスに最適な材料です。これらのデバイスは、性能に影響を与えることなく極端な温度や電圧に耐えることができ、シリコンの同等品よりも小型で軽量です。さらに、炭化ケイ素デバイスは10倍速くスイッチングするため、設計者はシステムを小型化しながら効率を高めることができます。.

炭化ケイ素のユニークな原子構造は、その半導体特性に寄与している。炭化ケイ素は、4個の炭素原子と4個のケイ素原子がその角で結合し、炭素原子とケイ素原子の間に共有結合を形成する2つの一次配位四面体に配置された共有結合原子によって特徴付けられる密に詰まった構造で結晶化し、これらの四面体は角を通して連結して多型構造を形成することができる：3C-SiCは立方晶のユニットセルポリタイプであり、6H-SiCや15R-SiCは半導体材料の中で見られる他の例である。.

SiCは通常、純粋な状態では絶縁材料であるが、不純物をドープした後に起こる原子レベルのプロセスであるドーピングによって半導電性を示すことができる。SiCは半導体材料に分類され、バンドギャップは1.5eV、固有電子親和力は約0.1mJ/cmで、既存の半導体材料の中では最も低いバンドギャップのひとつである。.

炭化ケイ素はシリコンと異なり、水にもアルコールにも溶けない非金属材料です。その硬度、耐久性、耐食性、高融点、硬度から、炭化ケイ素は、ポンプのベアリングやバルブなどの産業機械や、ホーニング、研削、ウォータージェット切断加工、宝石細工など、幅広い用途に使用されています。これらの特性により、経済的な宝石細工用材料としても大きな人気を博しています。.

炭化ケイ素の特性は、電気自動車（EV）の急速充電システムに理想的な材料である。ゴールドマン・サックスの調査によると、インバーターシステムにSiCを使用することで、リチウム電池のみを使用する場合に比べ、EVの走行距離を30%増加させ、蓄電池コストを20%減少させることができるという。さらにゴールドマン・サックスは、SiCはEVの設計を合理化し、軽量化とエネルギー効率の向上に役立つと予測している。.

音の伝導性に優れている

炭化ケイ素基板は、多くの望ましい特性を持つ非酸化物半導体材料である。熱と電気を効率よく伝え、耐久性、耐食性に優れ、さまざまな用途に適しています。その耐久性と汎用性により、炭化ケイ素基板は様々な用途に使用できる優れた材料となっています。.

炭化ケイ素は効果的な音の伝導体であり、航空宇宙用途に最適である。しかし、残念なことに、そのもろい性質と高い硬度が加工を難しくしている。この困難を克服するために、企業はコスト効率の良い炭化ケイ素の生産を可能にする新しい加工法を開発している。.

このような方法のひとつがプラズマ支援エッチングであり、高エネルギープラズマを使用して炭化ケイ素基板表面の汚染物質を除去する。この技術は、環境に優しいまま半導体デバイスの性能を向上させる可能性がある。さらに、このプロセスは、炭化ケイ素の臨界破壊強度と動作温度を向上させ、シリコン半導体との競争力を高める能力がある。.

炭化ケイ素の性能を向上させるもうひとつの方法は、エピタキシャル成長である。この技術は、炭化ケイ素がそれぞれの電気的特性を持つ異なる原子層を含んでいるという事実に依存している。このプロセスはデバイスの性能を高めるだけでなく、製造コストから高価なサファイア基板やウェハー基板を排除することでコストを削減できる可能性がある。.

炭化ケイ素基板は、シリコンベースのデバイスよりも高い温度と電圧に耐える能力があり、軽量でエネルギー密度が高いため、電気自動車の推進システムに理想的であることから、電気自動車の輸送システムに頻繁に採用されています。さらに、炭化ケイ素は放射線損傷のリスクが低いため、eVTOL材料として理想的であり、ライバルである炭化ホウ素よりも優れた機械的特性を有している。.

炭化ケイ素MOSFETは、優れた電力効率と低い熱膨張係数を併せ持ち、1チップにより多くのトランジスタを搭載するのに最適です。この特性により、炭化ケイ素MOSFETは携帯電話やポータブル・コンピューターに理想的な選択肢となり、シリコンベースのMOSFETよりも小型でスイッチング損失が低くなります。.

光をよく通す

炭化ケイ素(SiC)は非常に硬い材料で、様々な用途に使用されている。その原子構造により、SiCは電気と光の優れた伝導性、耐腐食性、耐高温性を持つ。そのため、工業炉の耐火物ライニングや、19世紀後半からサンドペーパー、研削砥石、切削工具として使用され、過酷な環境では、ポンプベアリング、ポンプハウジング部品、押出成形金型、インジェクターなどの優れた材料として選ばれています！

炭化ケイ素のユニークな原子構造は、様々な不純物をドープすることを可能にし、どのドーパントを導入するかによってp型またはn型半導体を生成する。アルミニウムはp型半導体を生成し、ガリウムはn型半導体を生成する。さらに、超伝導を実現するために窒素やリンをドープすることも可能で、炭化ケイ素をパワー半導体用途に理想的な材料にしている。.

炭化ケイ素半導体は、他の半導体に比べて優れた導電性と低い製造コストを誇り、サイリスタ、パワーダイオード、トランジスタなどの高出力電子デバイスの経済的な代替品となっています。さらに、バンドギャップが広いため、低温での製造が容易であり、高周波電子機器用サイリスタ・パワーダイオード・トランジスタなどの電子機器用途で高温に耐えるなど、高温での使用に最適です。.

炭化ケイ素の主な用途のひとつは、発光ダイオード（LED）用基板である。強い破壊靭性と耐摩耗性、耐腐食性により、炭化ケイ素はLEDやUV光検出器のような高出力アプリケーションに最適です。.

炭化ケイ素ショットキーダイオードは、光源、レーザー、サイリスタの反射防止層として使用できます。さらに、シリコンベースの半導体と比較して安価で、シリコンベースの半導体よりも高速な回路性能を誇るため、高耐圧を必要とする用途に適しています。.

モアッサナイトは隕石やコランダム鉱床から自然に発見されるが、現在販売されている炭化ケイ素は事実上すべて合成品である。シリコンと炭素原子で構成され、モース硬度は9と非常に硬く、この化合物は6インチのウェハーに加工して商業用に販売することができる。.