4H炭化ケイ素対6H炭化ケイ素

4H-SiCは、炭化ケイ素のポリタイプとして人気が高まっている。バンドギャップが広く、熱的、電気的、機械的特性に優れているため、パワーエレクトロニクス用途に理想的な材料です。

0001]方位の4H-SiC単結晶ピラー試験片の弾性変形とクラックの挙動を、圧縮ひずみ試験に対して4回の負荷-負荷解除サイクルの負荷-負荷解除圧縮ひずみ試験を行うことによって調べた。

硬度

炭化ケイ素（一般に「カーボランダム」または「王冠の宝石」と呼ばれる）は、地球上で最も硬い天然物質である。炭化ケイ素は、ケイ素と炭素元素から構成され、自然界ではモアッサナイトの宝石として存在します。1893年に大量生産が開始され、研磨剤や切削工具として使用されています。炭化ケイ素の特性は、高温や高電圧に対する耐久性があるため、電気的用途に理想的であり、電気的用途を考慮する場合、炭化ケイ素は優れた材料の選択肢となります。

4H-SiCは高電圧と高温に対する耐性があるため、携帯電話基地局の電力増幅器などの無線周波数（RF）デバイスや、航空宇宙や自動車用のセンサーの製造に有用な材料である。さらに、その優れた熱伝導性は、電子機器からの効率的な熱放散を実現する。

計装化ナノインデンテーションは、硬度や弾性率など、4H-SiC材料の機械的特性を測定する有用な方法です。しかし、その形状は、低荷重条件下での硬度値に影響を及ぼすことが知られており、その結果、圧痕の角で重度のクラックが観察されるなど、誤った測定値が得られる可能性があります。

剛性

炭化ケイ素の特徴的な特性のひとつである剛性は、パワーエレクトロニクスの用途や望遠鏡のミラーにとって、非常に貴重な材料です。さらに、天体望遠鏡で使用する際の熱膨張を考慮した場合、理想的な品質と言えます。

炭化ケイ素はバンドギャップが広いため、高電圧や高周波の用途に適しているが、用途ごとに適切なポリタイプを選択することが重要である。原子配列の違いは材料の物理的・電気的特性に影響し、炭化ケイ素のポリタイプの中でも、結晶構造や原子配列は異なるが似たような特性を持つ4Hと6Hがよく選ばれている。

4H-SiCの原子配列は、その脆性変形性能に大きな影響を与えます。(12-10)面と(0001)面の原子配列は、荷重-圧痕深さ曲線を通して現れる硬度や弾性率などの異なる特性を生み出します。さらに、底面圧痕は角柱圧痕よりも高い弾性率を示します。

[0001]配向した単結晶4H-SiCナノピラーは、ナノ機械的歪みを通して電子移動度とバンドギャップ構造を工学的に制御するエキサイティングな機会を提供し、電子移動度が向上し、低損失のパワー電子デバイスを有する材料を開発する手段を提供するとともに、微小電気機械システム（MEMS）またはフレキシブルデバイスを作成するためのプラットフォームを提供する。

熱伝導率

炭化ケイ素は、優れた機械的、電気的、光学的特性を持つ印象的な材料です。耐久性に優れ、熱衝撃に強く、硬度と剛性が高いため、航空宇宙用途や機械部品に適しています。また、熱膨張率が低く、熱伝導性に優れているため、パワーエレクトロニクスにも適しています。炭化ケイ素は、今日、多くの最先端電子機器に不可欠な部品を形成しています。

炭化ケイ素の結晶構造は、その特性と性能を決定する。炭化ケイ素には、6Hや4Hといった異なるポリタイプがあります。それぞれ、結晶構造、格子定数、物理的特性、炭素格子間物質と空孔の分布が異なり、例えば、酸化表面への格子間物質の注入速度の速さ、そこから炭化ケイ素バルク材料への拡散性は、炭化ケイ素内の空孔の再結合に影響を与えます。

低濃度のホウ素不純物を含むSiC膜は、熱伝導率として知られる高い等方的熱伝導率を示す。3C-SiCの等方熱伝導係数は500W m-1 K-1を超え、単結晶ダイヤモンドに次いで優れています。さらに、この値は、イオン注入材料としての4H-SiCやAlNのような他の大結晶半導体を大きく上回っていますが、構造内に炭素空孔がないため、6H-SiCよりも低くなっています。

電気伝導率

炭化ケイ素は非常に汎用性の高い半導体材料であり、エレクトロニクスの様々な分野やそれ以外の分野にも多くの用途があります。その熱伝導性とワイドバンドギャップ特性により、炭化ケイ素はハイパワー、高周波エレクトロニクスデバイスや電気自動車、再生可能エネルギーシステムに最適な材料です。炭化ケイ素には様々なポリタイプがあり、それぞれに長所と短所があります。4H-SiCと6H-SiCの違いを理解することで、メーカーは特定のプロジェクトに理想的な材料を選択することができます。

炭化ケイ素の結晶構造は、その電気的および熱的特性にとって極めて重要である。ABCBまたはABBAのいずれかの積層順序で配置された炭素原子の二重層で構成されるその結晶は、どちらの積層順序を使用するかによって対称性と格子定数が異なる。

4H-SiCに注入されたH+イオンは、Si原子とC原子を転位させ、電子をトラップする点欠陥を形成します。X線回折は、電子をトラップするこれらの点欠陥を検出することができます。フォトルミネッセンス分光法は、イオン注入プロセスを特徴付けるためにこれらの欠陥を測定し、ロッキング曲線は、この注入プロセスによって引き起こされるひずみを測定します。その機械的強度は、この材料が応力やひずみに対して非常に弾力的であるにもかかわらず、4H-SiCに関しても、外部からの影響により応力やひずみの影響を受けやすくなっています。