炭化ケイ素ウェハーの利点

炭化ケイ素ウェハは、従来のシリコンよりも多くの利点を持つ革新的な半導体基板である。パワーエレクトロニクスの革新から超高速通信システムの提供まで、炭化ケイ素はさまざまな技術や産業に革命的な変化をもたらすことを約束します。

SiCは高温・高電圧にも耐えるため、パワー半導体や太陽電池、電気自動車の充電インフラには欠かせない材料だ。しかし残念ながら、その硬さゆえに、切断には特殊な工具が必要となる。

高い熱伝導性

炭化ケイ素ウェーハは、その卓越した熱伝導性と動作中の熱を効果的に分散させる能力により、過酷な条件下でも性能を低下させることなくデバイスを動作させることができるため、パワーエレクトロニクスに不可欠な部品である。

炭化ケイ素はバンドギャップが広く、価電子帯から伝導帯への電子の通過が困難なため、高電圧用途でのリークを防ぎ、熱的リークを防ぎます。さらに、耐酸化性と化学的不活性により、多くの高温半導体用途に最適な材料です。

炭化ケイ素は低熱膨張係数を誇り、熱や冷熱の変化による膨張や収縮が大きく変化しないため、デバイスのクラックや破損の原因となる温度勾配によるストレスを軽減し、1枚のウェハーにより多くのトランジスタを搭載することができる。

低熱膨張係数

炭化ケイ素は熱膨張係数が低いのが特徴で、温度が変化してもそれほど大きく膨張したり収縮したりしないため、携帯電話やその他の電子機器など、高度な安定性を必要とする用途に理想的な材料です。さらに、炭化ケイ素は極端な温度にも耐え、化学的な攻撃にも耐えることができる。

食品グレードのシリコーンゴムは、無毒性で安全なだけでなく、食品製造にも使用できます。さらに、工業炉の耐火ライニングや断熱部品から、パイプシステムの摩擦ベアリングやメカニカルシールまで、その用途は多岐にわたります。

メーカーが立方晶炭化ケイ素ウェハーを製造するには、珪砂を石油コークスまたは他の炭素源と一緒に開放型の「アチソン」炉で高温に加熱する。また、立方晶炭化ケイ素の製造に化学気相成長法を採用するメーカーもあるが、どちらの方法も膨大なエネルギーと設備を消費する。

高い硬度

炭化ケイ素は非常に弾力性があり、熱衝撃に強いことで知られています。つまり、急激な温度変化でもひびが入ったり、突然の破損や破壊につながることはありません。このため炭化ケイ素は、パワー半導体のような損傷に対する高い耐性が要求されるデバイスに最適な材料です。さらに、オン抵抗と総ゲート電荷量が低いため、スイッチング速度の高速化と高効率化が可能になります。

炭化ケイ素は、ケイ素と炭素を結合させて製造され、さまざまな結晶構造をとることができる。α型炭化ケイ素は、六方晶の結晶構造がウルツ鉱を模倣しているため、最も広く使用されている。また、閃亜鉛鉱の結晶構造を持つβ型炭化ケイ素は、あまり普及していないかもしれませんが、それでもいくつかの用途があります。

多くの高度な半導体デバイスの製造に必要とされる炭化ケイ素基板は、エピタキシャル成長を高い精度と一貫性で行うために適切な準備が必要です。この課題を達成するために、エピタキシャル成長には、ダイヤモンドベースの研磨スラリーと、お客様の施設に設置された特定の工具に適合する研磨パッドが使用されます。

熱衝撃に対する高い耐性

炭化ケイ素ウェーハは、優れた熱伝導性と低膨張性により、熱衝撃に対して卓越した耐性を有し、強度を失うことなく超高温に達する温度に耐えることができます。その特性は、ウェハートレイサポートや電気炉のパドルとしての使用に適しており、酸や溶融塩にも耐性があります。

炭化ケイ素は、腐食、摩耗、侵食に対する耐久性から、カッティングディスクや研削砥石などの研磨工具の材料としてますます人気が高まっています。鋳物工場では、金属を溶解するために炭化ケイ素るつぼが使用されています。その物理的特性だけでなく、卓越した電子的特性により、炭化ケイ素はパワーデバイスに適しています。

炭化ケイ素ウェハーを購入する際には、結晶形態と欠陥密度を評価することが重要である。さらに、望ましい電気特性を得るための効果的なドーピングプロセスの選択も無視できません。