炭化ケイ素がパワーエレクトロニクスに革命をもたらす

SiCはバンドギャップが広いため、BOMコストを追加することなく、パワーシステムをより高い温度、電圧、周波数で動作させることができ、全体的なコスト削減と、より効率的で小型のデバイスの実現につながる。

炭化ケイ素は、炭化ホウ素が開発される1929年まで、モース硬度9の最も強靭な合成材料として知られており、ダイヤモンドと比較しても遜色ないほどであった。

物理的性質

炭化ケイ素の驚くべき物理的・電気的特性は、パワーエレクトロニクスに前例のない革命を巻き起こしている。ワイドバンドギャップ半導体である炭化ケイ素は、シリコン半導体よりも高温、高電圧、高周波に対応できる、より小型、高速、高信頼性のエレクトロニクスを実現する機会を提供する。

太陽電池システムは、その高い寿命を達成するために反射率に大きく依存している。反射率はまた、防弾チョッキや複合装甲の構造材料、自動車部品（ブレーキディスク）、避雷器、研磨剤、天文台のミラー材料としても使用されている。

炭化ケイ素は、1893年にアリゾナ州のキャニオン・ディアブロ隕石の爆発でモアッサナイト鉱物として初めて発見され、1891年にエドワード・グッドリッチ・アッシェンによって小規模に合成され、その後アンリ・モアッサンによって様々な技術を用いて合成された。現在では、珪砂を石炭のような炭素源と一緒に花崗岩のるつぼの中で結晶ができるまで高温で溶かすことによって製造され、その後、低温で黒鉛棒に析出させることで純粋な炭化珪素ができる。

化学的性質

炭化ケイ素（SiC）は、19世紀後半から合成的に製造され、サンドペーパーや研削砥石の研磨材として広く利用されてきた。しかし近年、SiCはその並外れた熱的・電気的特性により、必要不可欠な技術材料として再利用されている。

シリコンと炭素原子が六角形の結晶格子に結合したSiCは、低熱膨張、熱衝撃への耐性、ワイドバンドギャップ半導体特性といった強力な物理的特性を備えており、シリコンよりも電子が原子間を移動しやすいため、電子用途に優れた材料となっている。

SiCは水やアルコールに不溶であるが、溶融アルカリや溶融塩には溶ける。高温での酸化に強いため、不燃性で有毒な煙は発生しない。しかし、長期間の暴露により、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行し、肺の線維化が進行する。

機械的特性

炭化ケイ素は、これまでに知られている材料の中で最も軽く、最も硬い材料の一つです。化学プラント、粉砕機、エキスパンダ、ノズルに最適です。

この素材は非常に硬く、剛性が高く、熱膨張率が低く、1,400℃もの高温でも強度を維持する。さらに、酸やアルカリに強いという点で、先進的なセラミック材料の中でも際立っている。

シック・シリコン・カーバイドのパワーエレクトロニクスへの応用は現在、多岐にわたっており、電気モーターの効率を向上させることで走行距離を延ばし、同時にバッテリー管理システムのサイズと重量を減らすことで、脱炭素化の加速に貢献しています。また、炭化ケイ素は卓越した品質、信頼性、効率を提供するため、ニッケルなどの金属に代わる魅力的な選択肢となります。

電気的特性

炭化ケイ素は、その高速スイッチング時間と高い阻止電圧能力、さらにシリコンデバイスよりも高い信頼性を維持しながら高温で電子回路をより高速に動作させることができる広いバンドギャップにより、パワーエレクトロニクス・アプリケーションや従来のシリコンデバイスの代替品として広く応用されている。

炭化ケイ素の電気的特性は、不純物をドーピングすることで変化させることができる。ドーパントは通常、原始的な結晶構造内の空いている格子サイトを埋めるが、その活性化エネルギーはポリタイプによって異なる。

結晶構造におけるケイ素原子と炭素原子の間のユニークな原子配列の結果として、SiCの各ポリタイプは明確な半導体特性を示す。室温における3C、4H、6H SiCの主な電気的特性の一部を以下の表に示すように、これらは結晶学的な電流の流れ方向と印加される電界（すなわち非等方性）に強く依存する。