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単結晶

SiCウェーハについて

SiC wafer manufacturing processr

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未來の半導體を支える材料

単結晶SiCはこれまでの半導體材料と比べて、物性が大変優れたより高性能で高効率な新材料です。
高強度で耐熱性に優れ、熱伝導性が高いなどさまざまな特長を持っているため、
次世代の半導體材料として大いに期待されています。

SiCってどんな材料？

Si(シリコン) +C(カーボン)
SiC(シリコンカーバイド?炭化ケイ素)は、Si(シリコン):50at%とC(カーボン):50at%との組成を有する
Ⅳ-Ⅳ族の化合物半導體で、ダイヤモンドに次ぐとても硬度の高い材料です。

SiCの特徴は？

優れた特徴を持つ物性
SiCはSiとCの原子間距離が短く(0.189)、結合エネルギーが高い(≠4.5eV)ため、以下の優れた特徴を持っています。
広い禁制帯幅（ワイドバンドギャップ）1
高い絶縁破壊電界強度2
高い熱伝導率（熱的安定性）3
電子飽和ドリフト速度（高スイッチング速度）4
4H-SiC Si GaAs GaN
禁制帯幅（eV）1 3.26 1.12 1.42 3.42
絶縁破壊電界強度（MV/cm）2 2.8 0.3 0.4 3
熱伝導率（W/cmK）3 4.9 1.5 0.46 1.3
電子飽和ドリフト速度（1E7 cm/s）4 2.7 1 2 2.7
1.バンドギャップ(禁制帯幅)の値が大きいことによって、より高い電圧、溫度、周波數での動作が可能となります。

2.絶縁破壊電界強度とは、絶縁體に電界を加えたときに絶縁破壊をおこし絶縁體としての機能を失う限界値で、
値が大きいほど物質が壊れにくくなります。

3.高い熱伝導率によって放熱効果があり、熱的安定性に優れています。

4.飽和ドリフト速度とは、高い電界での電荷キャリアの最大速度をさします。
SiCはSiの約2倍の飽和ドリフト速度を有しているので、 デバイスの高速スイッチング特性を得ることが期待できます。

SiCの半導體としての可能性は？

優れた特徴を持つ物性
SiCはその高い熱的安定性と広いワイドバンドギャップで、
高溫條件下での動作を求められるデバイスに適しています。


電力用パワーデバイス

電力用パワーデバイスとは、電気自動車(EV)や鉄道?産業機器、太陽光発電等のインバータ／コンバータに使われる半導體で、
電気自動車へ進む社會で大きな需要拡大が見込まれています。
現在のパワーデバイスはSi(シリコン)を用いることがほとんどです。SiCは、Siと比べると約10倍の絶縁破壊電界強度があり、
Siと比べて大幅にエネルギー効率の良い高性能なパワーデバイスの製作が可能です。
SiCのパワーデバイスへの採用はまだまだ少數ですが、Siの理論限界をゆうに超える可能性を持つSiCの高性能パワーデバイスが
様々な製品に搭載されるようになれば、社會に莫大な省電力化を実現できる、と言って良いと思います。

高周波(RF)デバイス

高周波(RF)デバイスとは、無線通信や光通信を支える半導體で、IoTやAlなど情報化社會のインフラに欠かせない半導體です。
攜帯電話基地局のキーデバイスとして送信用増幅器があります。現在(2020年)整備が進められている第5世代基地局(5G基地局)の
送信用増幅器では、GaN-HEMT(窒化ガリウムHEMT)という高周波デバイスが規格化され搭載されております。
SiCは、このGaN-HEMT基板を生産する上での重要な下地基板として採用されており、これをGaN on SiC基板といいます。
5G(GaN-HEMT)を支える材料として、すでに広く社會に実裝されています。
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