入力シリコンカーバイド材料への応用

無機物質であるシリコンカーバイド（シリコンカーバイド）は、炭素とシリコンが1：1の比率で構成、独特のSi-C四面体構造をしています。この構造により、シリコンカーバイドは、高硬度、高熱安定性、広いバンドギャップなど、優れた物理的および化学的特性を備えています。シリコンカーバイドのバンドギャップ幅は3.26 eVと高く、シリコンのほぼ3倍であるため、高温でも安定し、絶縁破壊電界強度が高くなります。

シリコンカーバイド材料の製造

シリコンカーバイド材料の製造方法には、主に気相法、液相法、固相法があります。その中でも、物理気相輸送法（プライベート）と化学気相堆積法（CVD）は、高品質のSiC単結晶を製造する主な方法です。PVT法は、高温でSiC原料粉末を昇華させ、種結晶の表面に高品質のSiC単結晶を凝縮して成長させます。CVD法は、高温ガス反応により超微細で高純度のSiC粉末を得ます。また、ゾルゲル法やトップシード溶液成長法（TSSG）も一般的に使用される製造方法です。

シリコンカーバイド材料の応用

SiC材料は、その優れた性能により、多くの分野で広く使用されています。

‌パワーデバイス‌：シリコンカーバイド材料は、パワーエレクトロニクスの分野で大きな利点を持っています。たとえば、電気自動車のインバーターや充電スタンドでは、シリコンカーバイドパワーデバイスによりパッケージサイズを縮小し、損失を減らし、変換効率を向上させることができます。テスラやBYDなどの有名な自動車会社は、すでに電気自動車製品にシリコンカーバイドデバイスを使用しています。さらに、シリコンカーバイドデバイスは、太陽光発電インバーターや鉄道輸送にも広く使用されており、システム全体の効率を向上させることができます。

‌RF デバイス‌: 軍事および通信分野では、シリコンカーバイドベースの窒化ガリウム 無線周波数 デバイスが、5G モバイル通信システムや新世代のアクティブフェーズドアレイレーダーなどのシステムの中核コンポーネントになっています。優れた熱伝導性、高周波、高出力の利点により、シリコンカーバイド材料は 無線周波数 デバイスの分野で幅広い応用の見通しを持っています。

‌急速充電器‌: シリコンカーバイドデバイスは、優れた耐高温性、低損失、高効率のため、新世代のパワーデバイスに最適な選択肢と考えられています。たとえば、タイコ ティアンルン の G3S06505C や G5S6504Z などのシリコンカーバイドダイオードは、スイッチング電源、パーキンソン病 係数補正、モータードライブ、インバータなどのシナリオで広く使用されています。

‌航空宇宙‌: シリコンカーバイド粒子強化アルミニウムベース複合材は、航空宇宙分野でも画期的な応用を実現しています。たとえば、F16戦闘機の腹板やユーロコプターの新しいヘリコプターローターシステムでは、シリコンカーバイド粒子強化アルミニウムベース複合材により、部品の剛性と寿命が大幅に向上しています。

シリコンカーバイド産業の市場規模と発展動向

Yoleのデータによると、世界のSiCパワーデバイス市場規模は2021年の10億9,000万米ドルから2027年には62億9,700万米ドルに拡大し、年平均成長率は34％となる見込みです。同時に、炭化ケイ素ベースの窒化ガリウムRFデバイスの市場規模も拡大を続ける見込みです。中国市場では、炭化ケイ素と窒化ガリウムのパワーエレクトロニクスデバイスの市場規模は、年平均成長率45％で300億元近くまで拡大すると予想されています。

シリコンカーバイド産業の課題と機会

シリコンカーバイド材料には多くの利点がありますが、その製造方法と応用には依然としていくつかの課題があります。たとえば、シリコンカーバイド基板の製造技術は難しく、歩留まりを向上させる必要があります。また、シリコンカーバイドデバイスの製造コストが高く、市場促進にはまだ努力が必要です。しかし、技術の継続的な進歩と市場の継続的な拡大により、シリコンカーバイド業界はより多くの発展の機会を迎えます。将来、シリコンカーバイド材料はより多くの分野で使用され、半導体産業の発展に新たな活力を注入します。