炭化ケイ素の前世がわかる！

炭化ケイ素（SiC）は、珪砂、石油コークス（または石炭コークス）、木チップを原料として抵抗炉で高温で製錬されます。 炭化ケイ素は、希少鉱物モアサナイトとしても自然界に存在します。 炭化ケイ素はモアッサナイトとも呼ばれます。 C、N、B などの現代の非酸化物ハイテク耐火物原料の中で、炭化ケイ素は最も広く使用されており、経済的な原料です。 それはエメリー砂または耐火性砂と呼ばれることがあります。

1. 炭化ケイ素の過去と現在
炭化ケイ素は、化学的性質が安定しており、熱伝導率が高く、熱膨張係数が小さく、耐摩耗性に優れているため、研磨剤としての使用以外にも、炭化ケイ素の粉末を特殊な方法でコーティングして内壁にコーティングするなど、さまざまな用途に使用されています。タービンインペラやシリンダーブロックの耐摩耗性を向上させ、耐用年数を1〜2倍に延長できます。 それから作られた高度な耐火物は、熱衝撃に強く、小型、軽量、高強度であり、優れた省エネ効果があります。 低品位の炭化ケイ素 (SiC を約 85% 含む) は優れた脱酸剤です。 製鋼をスピードアップし、化学組成の制御を容易にし、鋼の品質を向上させることができます。 さらに、炭化ケイ素は、電気発熱体用の炭化ケイ素ロッドの製造にも広く使用されています。
炭化ケイ素は非常に硬く、モース硬度は9.5で、世界で最も硬いダイヤモンド（レベル10）に次いで2番目です。 熱伝導性に優れ、半導体であるため高温でも酸化しにくい。

2. 炭化ケイ素デバイスの有利な特性
炭化ケイ素 (SiC) は、現在最も成熟したワイドバンドギャップ半導体材料です。 世界中の国々がSiCの研究を非常に重視しており、積極的な開発に多くの人的資源と物的資源を投資してきました。 米国、欧州、日本などだけでなく、国家レベルで対応する研究計画が策定されており、一部の国際エレクトロニクス大手も炭化ケイ素半導体デバイスの開発に多額の投資を行っています。
炭化ケイ素を使用した部品は、通常のシリコンと比較して次のような特徴があります。

高電圧特性:
炭化ケイ素デバイスは、同等のシリコンデバイスの 10 倍の耐電圧があります。
炭化ケイ素ショットキー管の耐電圧は 2400V に達することがあります。
炭化ケイ素電界効果管は数万ボルトの電圧に耐えることができ、オン状態抵抗はそれほど大きくありません。

高周波特性：

高温特性：
Si材料の理論性能限界に近づいた今日、SiCパワーデバイスは高耐圧、低損失、高効率などの特長を備えた「理想的なデバイス」として期待されています。 しかし、これまでのSi材料デバイスと比較して、SiCパワーデバイスの性能とコストのバランスと高度な技術への要求が、SiCパワーデバイスが本当に普及できるかどうかの鍵となるでしょう。

現在、低電力炭化ケイ素デバイスは実験室から実用的なデバイス製造段階に入っています。 現在、炭化ケイ素ウェーハの価格は依然として相対的に高く、欠陥も多い。 継続的な研究開発により、2010 年頃までに炭化ケイ素デバイスがパワーデバイス市場を独占すると予想されていますが、実際はそうではありません。

3. 炭化ケイ素デバイスの現在の開発状況はどうなっていますか?
1. 技術パラメータ: たとえば、ショットキー ダイオードの電圧は 250 ボルトから 1,000 ボルト以上に増加し、チップ面積は小さくなりますが、電流はわずか数十アンペアです。 動作温度は 180 度まで上昇し、導入時の 600 度には程遠いです。 電圧降下はさらに不十分で、シリコン材料と何ら変わりはなく、高い順方向電圧降下は2Vに達する必要があります。
2. 市場価格：シリコン材料製造の5～6倍程度。

4. 炭化ケイ素の開発における困難は何ですか（SiC）デバイス？炭化ケイ素デバイスの開発における問題は、チップの原理設計、特にチップ構造設計ではありません。 それを解決するのは難しくありません。 難しいのはチップ構造の製造プロセスの実現だ。 例は次のとおりです。 1. 炭化ケイ素ウェーハのマイクロパイプ欠陥密度。 2. エピタキシャルプロセスの効率が低い。 3. ドーピングプロセスには特別な要件があります。

4. オーミックコンタクトの製造。 5. 支持材の耐熱性。

上記はほんの一例であり、すべてではありません。 炭化珪素半導体表面のトレンチプロセス、端子パッシベーションプロセス、炭化珪素MOSFETデバイスの長期安定性に対するゲート酸化層の界面状態の影響など、理想的な解決策のないプロセス問題は依然として多く存在します。 業界はまだ合意に達していますか? 一貫した結論などにより、炭化ケイ素パワーデバイスの急速な開発が大きく妨げられてきました。

5. 炭化ケイ素の主な応用分野の開発概要

現在、第 3 世代の半導体材料がクリーン エネルギーと新世代の電子情報技術に革命を引き起こしています。 照明、家庭用電化製品、家庭用電子機器、新エネルギー車、スマートグリッド、軍需品など、これらの高性能半導体材料は大きな需要があります。 第 3 世代半導体の開発によると、その主な用途は、半導体照明、パワーエレクトロニクスデバイス、レーザーおよび検出器、およびその他の 4 つの分野です。
1. 半導体照明
4つの応用分野の中で、半導体照明産業は最も急速に発展し、数百億ドル規模の産業規模を形成しています。
2.パワーエレクトロニクスデバイス
パワーエレクトロニクス分野においては、ワイドバンドギャップ半導体の応用は始まったばかりであり、市場規模は数億ドルに過ぎません。 その用途は主に軍事用の最先端機器の分野に集中していますが、徐々に民間分野にも拡大しています。
3. レーザーと検出器
レーザーおよび検出器アプリケーションの分野では、GaN ベースのレーザーは広いスペクトル範囲をカバーし、青色、緑色、紫外レーザーの製造と紫外検出を実現します。
4. その他の用途
最先端の研究分野では、ワイドバンドギャップ半導体は、太陽電池、バイオセンサー、水ベースの水素生成媒体、その他の新たな用途に使用できます。 現在、これらの注目領域はまだ実験室での研究開発段階にあります。