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シリコン カービッド: 磨き 材料 から 次 の 世代 の 半導体 に

シリコンカービッドについて語るとき,最初に思い浮かぶのは,よく知られたカーボリンダム磨き車です.優れた耐磨性により高硬さ,高温の安定性により,シリコンカービードは長年,磨材,磨削ツール,耐火材料,機能陶器に広く使用されています.

この記事では,半導体材料としてのシリコンカービッドに焦点を当てます.

半導体とは 電気伝導性が電導体と 電気伝導性の間にある特殊な材料です金属のようにそしてセラミックやプラスチックなどの隔熱剤半導体の伝導性は,その動作温度や製造過程で導入された不純物によっても変化する..

しかし,厳密に言えば,電気伝導性は材料のエネルギー帯構造によって決定されます.したがって,半導体のより正確な定義は,その帯域構造に基づくべきです..

導体,半導体,隔熱器は,異なるエネルギー帯構造を有する.導体では,導体帯とバレンスの帯が重なり合っている.または,それらの間のエネルギー差は非常に小さい結果として,電子を伝導帯に刺激し,方向電流を生成するには,外部電場のような少量のエネルギーしか必要ありません.

半導体では,伝導帯とバランス帯の間には,バンドギャップとも呼ばれる,禁止帯があります.電子は,電波帯の隙間よりも大きなエネルギーを吸収するときにのみ電波帯に興奮することができます.一般的に半導体帯のギャップは,約0〜6.5 eVです.

隔熱器では,帯の隙間が大きく,通常は10eV以上の範囲で,電子が伝導帯に刺激されることが非常に困難です.その結果,電気伝導が容易には起きない.

したがって,半導体の独特の電導性は,電導体と隔熱体との間に,基本的にエネルギー帯の構造によって決定されます.

エネルギー帯構造図

シリコン から シリコン カービッド に

半導体は純粋な元素から作られ,最も一般的な例はシリコンとゲルマニアムである.また,シリコンカービード (SiC) やガリウムアルセニード (GaAs) などの複合材料から作ることもできます..

初期の半導体装置は主にゲルマニウムで作られていた.その後,シリコンは最も広く使用されている半導体材料となった.しかし,シリコンベースのデバイス技術が発展し続けたため,装置の性能は徐々にシリコンの物理的限界に近づいています.

半導体 材料 の 開発 に は 新しい 機会 が 与え られ て い ます.その 中 で シリコン カービッド (SiC) は 従来の シリコン に 最も 有望 な 競合 者 の 一つ に なり まし た.

SiC と比べると SiC の利点について詳しく見ていきましょう.

特殊 な SiC の 構造 に よっ て 優れた 性能 が 得 られ ます

シリコンカービッド (SiC) は,炭素とシリコン原子から構成される化合物半導体材料で,スタキオメトリック比は1:1である.SiC結晶の基本構造単位は四面体構造である.例えば SiC4 や CSi4この構造では,4つの周囲の原子によって形成された四面体の中心に1つの原子が位置しています

SiC の原子構造

材料の構造が その性質を決定し その性質が その用途を決定しますSiC の 独特 な 原子 構造 に よっ て 優れた 物理 的,化学 的 性能 が 得 られ ます..

SiC の 壊れ強さ,帯隙,熱伝導性 を 含め,いくつかの 重要な 特性 を 調べ て み ましょ う.

1. 極めて強い破裂強度

SiCは非常に高い臨界分解強度を有する.これはSiCデバイスが同じパッケージサイズを維持しながら,より高い電圧に耐える可能性があることを意味します.また,同じ電圧を保持しながら,包装の保温要件を削減することができます..

その結果,SiCは,シリコンで達成できる電圧よりも数階位高いブロック電圧を持つ部品を製造するために使用できます.

半導体の最も重要な特徴の一つは,エネルギーギャップ,または帯のギャップである.帯のギャップは,電子ボルト,またはeVで測定され,1eVは約1に等しい.602 × 10−19 ジャウル.

SiC の帯域間隔は約 3.26 eV で,Si の帯域間隔は約 1.12 eV です.SiCで表される第3世代の広帯域半導体は,電子機器,特に電源電子機器が,より高い電圧で動作できるようにします.温度や周波数が高くなります

これはSiCベースのデバイスを より速く 小さく より信頼性のあるものにします

3高熱伝導性

熱伝導性は,半導体材料のもう1つの重要な特性である.熱伝導性が高くなるほど,材料は動作中に発生する熱をより効果的に散らすことができる..

これは高熱伝導性半導体から作られた部品を小さくし,全体的なシステムの熱管理を改善するのに役立ちます.

SiCの熱伝導性は約430W/m·Kで,Siの熱伝導性は約150W/m·Kである.これは,高電力および高温アプリケーションでSiCに明確な優位性を与える.

半導体材料としてのシリコンカービッド

耐火材料,磨材,機能陶器など,多くの伝統的な SiC の応用について議論してきました.SiCの最もエキサイティングな可能性は,MOSFETやSchottkyバリアダイオードなどのデバイスで使用されるパワー半導体材料としての性能にあります.

高い分解強度,広い帯域のギャップ,優れた熱伝導性により,SiCは Si,Ge,要求の高いアプリケーションで.

製造技術が 成長し続けるにつれて シリコンカービッドは 半導体材料の分野で 昇進するスターになっています