1.シリコンカーバイドの紹介

シリコンと炭素の合成化合物であるシリコンカーバイドは、高度な製造における革命的な材料として登場しました。1891 年にエドワード アチソンによって初めて合成されたシリコンカーバイドは、優れた熱特性、電気特性、機械特性を兼ね備えており、パワーエレクトロニクスから航空宇宙に至るまでの高性能アプリケーションに欠かせないものとなっています。

2. シリコンカーバイドの主な特性

2.1 構造と物理的特性

‌結晶構造‌: 250 種類以上のポリタイプ (例: 3C-シリコンカーバイド、4H-シリコンカーバイド、6H-シリコンカーバイド) が存在し、半導体用途では 4H-シリコンカーバイド が主流です。

‌硬度‌: モース硬度は 9.5 で、ダイヤモンドに次ぐ硬度です。

‌熱伝導率‌: 120～200 W/m·K、銅よりも優れた放熱性を発揮します。

‌融点‌: 約 2,700°C、過酷な環境に適しています。

2.2 電気的特性

‌広いバンドギャップ‌: 3.26 電子 (4H-シリコンカーバイド) 対シリコンの 1.12 電子 により、高電圧および高温動作が可能になります。

‌破壊電界‌: シリコンの 10 倍高く、エネルギー損失を削減します。

2.3 化学的安定性

1,600°C までの酸化、酸、アルカリに耐えます。

3. シリコンカーバイドの産業分野への応用

業界別ユースケース：

半導体‌ パワーデバイス（MOSFET、ショットキーダイオード）、5G/RFコンポーネント 

自動車用EVインバーター：オンボード充電器（例：テスラ モデル 3 SiCトラクションインバーター） 

エネルギー 太陽光インバータ：風力タービンコンバータ、原子炉センサー 

航空宇宙衛星部品：ジェットエンジンの熱コーティング 

‌工業‌ 切削工具：研磨材、耐火ライニング 

4.処理技術と課題

4.1 主な製造工程

‌結晶成長‌:バルク結晶の昇華 (プライベート)。

エピタキシャル層用のCVD。

‌ウェーハ処理‌:ダイヤモンドワイヤスライス、化学機械研磨。

デバイス製造:イオン注入、ドライエッチング。

4.2 技術的な障壁

‌ウェーハの反り‌: 150mm ウェーハには 50 μm 未満の曲率が必要です。

‌歩留まり率‌: 200mm シリコンカーバイド エピタキシャル層の場合、約 60% (2025 年第 1 四半期の業界平均)。

5.SiC技術の将来動向（2025～2030年の見通し）

‌8 インチ ウェーハの採用‌: 2028 年までにデバイス コストが 35% 削減されると予測されています。

‌量子アプリケーション‌: 室温量子コンピューティングのための シリコンカーバイド 空孔。

‌世界的な生産能力の拡大‌: 中国の シリコンカーバイド 生産は 2027 年までに市場シェアの 40% に達する見込み。

6. 結論

シリコンカーバイドは、そのユニークな特性により、持続可能な技術の基盤となる材料として位置付けられています。高純度 シリコンカーバイド と従来の シリコンカーバイド の違い、およびパワーエレクトロニクスと産業システムにおけるそれぞれの役割を理解することは、設計と製造戦略を最適化するために重要です。業界が 8 インチ ウェーハと新しいアプリケーションに向かって進歩するにつれて、継続的な学習とプロセス革新が不可欠になります。