単結晶炭化ケイ素

炭化ケイ素（SiC）は、ケイ素と炭素の非常に硬い化学化合物で、天然にはモアッサナイト鉱物として産出するが、研磨材として、また自動車のブレーキや防弾チョッキのような極めて高い耐久性が要求される用途のために、1893年に大規模な生産が始まった。

物理的気相成長技術は、高品質のマイクロパイプフリー4インチn型SiC基板の製造を可能にした1。しかし、デバイスの性能と信頼性を向上させるためには、拡大欠陥のさらなる低減が不可欠である。

物理的性質

炭化ケイ素（SiC）は、ケイ素と炭素が等しい比率で構成され、Si原子と炭素原子の間に4つの共有結合を形成するIV-IV型共有結合半導体材料である。

SiCはバンドギャップが広いため、高温・高電圧で効果的に動作し、パワーエレクトロニクス機器に適している。さらに、その熱伝導性、安定性、硬度により、電子機器のヒートシンクや基板に最適で、代替材料よりも効果的に熱を放散することができる。

SiCの物理的特性は、発光ダイオードやレーザーなどのデバイス、研磨工具や切削工具を製造する際に、高い精度と均一性を提供する。SiCはまた、その低い熱膨張係数と剛性により、望遠鏡のミラーの製造に不可欠な役割を果たしている。その低い熱膨張係数は、放射線で保護されながら高温に耐える。最後に、SiCは酸、アルカリ、酸化環境に対して優れた耐食性を発揮します。

化学的性質

炭化ケイ素はユニークな化学的・物理的特性を持つ注目すべき化合物であり、過酷な環境に耐える耐久性のある部品を必要とする産業にとって、非常に貴重な選択肢となっています。

SiCは、シリコン原子と炭素原子が不規則な六角形の格子構造で強固に結合したもので、この物質がダイヤモンド、炭化ホウ素に次いでモース硬度第3位という驚異的な硬度を持つ。

熱伝導率が高いため極端な高温にも耐える一方、応力下でも形状を保持する能力は衰えず、熱膨張係数が低いため温度変化による寸法変化を最小限に抑えることができる。

また、SiCの結晶構造は、劣化につながる化学反応から保護するための保護膜の形成を可能にします。この耐腐食性により、SiCは、過酷な使用環境において長期的な性能を必要とする用途や、大きな機械的応力や圧力に耐える用途に最適な材料となります。

機械的特性

コランダムまたはカーボランダムとも呼ばれる炭化ケイ素は、ケイ素と炭素からなる無機化合物で、n型炭化ケイ素の場合は窒素またはリンのドーピング、p型の場合はホウ素またはアルミニウムのドーピングによってワイドバンドギャップ半導体を形成する。

炭化ケイ素は、Si原子とC原子が密に詰まった構造をしているため、非常に強度が高く、素材の中でも際立っている。地球上で最も硬い物質のひとつである炭化ケイ素は、高い融点と卓越した熱伝導特性も誇っている。

炭化ケイ素の剛性と低熱膨張係数は、ハーシェル宇宙望遠鏡のような望遠鏡の鏡に望ましい材料となっている。単結晶炭化ケイ素のその他の用途としては、自動車のブレーキやクラッチ、防弾チョッキのセラミックプレート、合成モアッサナイトの製造、単結晶炭化ケイ素の延性脆性遷移から破壊までの遷移深さが著しく長いこと、FIB SEM分析におけるSi面とC面の機械加工時のスクラッチ形態特性などが挙げられる。

電気的特性

炭化ケイ素単結晶の電気的特性は、ワイドバンドギャップ機能を持つ高性能電子デバイスの実現に不可欠な役割を果たすため、世界中で広範な研究が行われてきた。

SiCウェーハのキャリア濃度と抵抗率を測定する技術が爆発的に開発されている。これらの特性評価技術は、ウェーハ内に存在するすべての不純物を検出することができます。電気走査プローブ技術または非接触抵抗率マッパーツールを使用して、これらのパラメータを横方向または断面にわたって対称的に測定します。

炭化ケイ素(SiC)は、ケイ素と炭素が化学量論的比率で構成された無機固体で、モアッサナイト宝石として知られる元素化合物として形成され、Lelyプロセスによって製造され、研磨剤として、また電子機器や電子製造プロセスの一部として使用されています。炭化ケイ素は、他の類似材料と比較して、耐摩耗性、強度、熱伝導性に優れ、最も硬い天然材料の一つです。