Silicon Carbide (SiC) パワー半導体の採用が電気自動車から太陽電池、産業用モーターまで加速しているが、この材料はどこから来るのか。 何がそんなに特別なのか？
ブーツについた星屑
地殻は約 28% のシリコンと 0.03% の炭素で構成されているため、田舎を長く歩いた後は、ブーツの底に半導体のダイをいくつか作るだけの炭化ケイ素 (SiC) が付着していると思うかもしれません。 自然界に存在する唯一のSiCは、超新星残骸や炭素を多く含む赤色巨星からの放出物が、ミクロンサイズの粒子として隕石に含まれるモアソナイトという形態で存在するのだ。
私たちは SiC の存在に気づかなかったかもしれませんが、1891 年にアメリカの発明家 Edward G Acheson は、粘土（ケイ酸アルミニウム）と炭素を熱して人工ダイヤモンドを作る方法を見つけようとしていました。 彼は、加熱に使用した炭素アーク灯に光沢のある六角形の結晶が付着していることに気づき、これをコランダムのようにアルミナが結晶化したものだと考えてカーボランダムと名付けたのである。 ルビーやサファイアもコランダムの一種なので、二番煎じと思ったかもしれないが、ダイヤモンドとほぼ同じ硬さの化合物で、研磨剤に応用できるチップや粉末を工業規模で作ることができると、新しい発見をしたのである。
SiC LED はトランジスタの前に登場
20 世紀初頭、ゲルマニウムなどさまざまな物質の結晶が「非対称の電流通過」または整流（私たちが知っているように）を起こすことを実験者が発見し、「クリスタル」ラジオで使用されるようになりました。 炭化ケイ素を試すと、不思議な現象が起きた。結晶が黄色に、時には緑やオレンジ、青に光ったのだ。 1540>
LEDとしてのSiCは、すぐに10～100倍発光効率の良いガリウムヒ素や窒化ガリウムに取って代わられましたが、材料としてのSiCは、依然としてエレクトロニクス界で興味を持たれています。 機械的には、非常に硬く、不活性で、熱膨張係数が非常に小さく、高温度である。
SiC makes good
SiC は非常に早い時期に半導体デバイスの良い候補として知られていましたが、なぜそれを阻止して、シリコンが標準となったのでしょうか。 端面転位、ねじ転位、三角欠陥、底面転位など、数え上げればきりがない。 結晶が完全でないため、逆ブロッキングの性能が非常に悪く、電気的に使用できない部品になってしまった。 また、SiCと二酸化ケイ素（SiO2）の組み合わせで、MOSFETやIGBTのような一般的なデバイスを作るのにも問題があった。 二酸化窒素または酸化窒素中での窒化またはアニールと呼ばれるブレークスルーにより、SiC 上に SiO2 膜を確実に成長させることができます。
宇宙の石からあなたの指の石まで
SiCは、研削盤の研磨材から、光る電気好奇心、長距離電気自動車や地球を救う太陽光発電のインバーターを実現する半導体技術に進化してきました。 SiC やモアッサナイトの宝石は、純粋なダイヤモンドとほとんど区別がつきません。
実用的なアプリケーションで SiC カスコードがいかに優れているかについては、unitedsic.com で詳しく説明しています。com/downloads.
By Anup Bhalla, VP Engineering at UnitedSiC (www.unitedsic.com)