SiC（シリコンカーバイド）デバイスとは、炭化ケイ素を原料として作られたデバイスを指します。
異なる抵抗特性に応じて、導電性シリコンカーバイドパワーデバイスと半絶縁シリコンカーバイドRF デバイス。
シリコンカーバイドの主なデバイス形態と用途
SiCの主な利点はSi材料は：
SiC はバンドギャップが Si の 3 倍あるため、リークを減らし、温度耐性を高めることができます。
SiC は Si の 10 倍の破壊電界強度を持ち、電流密度、動作周波数、耐電圧容量を向上させ、オンオフ損失を低減できるため、高電圧アプリケーションに適しています。
SiC は Si の 2 倍の電子飽和ドリフト速度を持つため、より高い周波数で動作できます。
SiC は Si の 3 倍の熱伝導率を持ち、放熱性能が優れているため、高電力密度をサポートし、放熱要件を軽減してデバイスを軽量化できます。
導電性基板
導電性基板: 結晶内のさまざまな不純物、特に浅いレベルの不純物を除去することで、結晶本来の高い抵抗率を実現します。
導電性炭化ケイ素基板SiCウェハ
導電性シリコンカーバイドパワーデバイスは、導電性基板上にシリコンカーバイドエピタキシャル層を成長させ、このシリコンカーバイドエピタキシャルシートをさらに加工することで、ショットキーダイオード、MOSFET、IGBTなどの製造が可能となり、主に電気自動車、太陽光発電、鉄道輸送、データセンター、充電などのインフラに使用されます。その性能上の利点は以下のとおりです。
強化された高圧特性。シリコンカーバイドの破壊電界強度はシリコンの10倍以上であり、同等のシリコンデバイスと比較してシリコンカーバイドデバイスの耐高圧性が大幅に向上します。
優れた高温特性。炭化ケイ素はシリコンよりも高い熱伝導率を持つため、デバイスの放熱が容易になり、動作限界温度が高くなります。高温耐性により電力密度が大幅に向上するとともに、冷却システムへの要件が軽減され、端末の軽量化と小型化が実現します。
低消費電力。(1)シリコンカーバイドデバイスはオン抵抗が非常に低く、オン損失も低い。(2)シリコンカーバイドデバイスのリーク電流はシリコンデバイスに比べて大幅に低減されているため、電力損失が低減します。(3)シリコンカーバイドデバイスのターンオフプロセスには電流テーリング現象がなく、スイッチング損失が低いため、実用アプリケーションのスイッチング周波数が大幅に向上します。
半絶縁SiC基板：窒素ドーピングは、窒素ドーピング濃度、成長速度、および結晶抵抗率間の対応関係を較正することにより、導電性製品の抵抗率を正確に制御するために使用されます。
高純度半絶縁基板材料
半絶縁シリコンカーボンベースのRFデバイスは、半絶縁シリコンカーバイド基板上に窒化ガリウムエピタキシャル層を成長させてシリコン窒化物エピタキシャルシートを作製することによってさらに製造され、HEMTやその他の窒化ガリウムRFデバイスを含み、主に5G通信、車両通信、防衛アプリケーション、データ伝送、航空宇宙で使用されます。
炭化ケイ素（SiC）と窒化ガリウム（GaN）材料の飽和電子ドリフト率はそれぞれシリコンの2.0倍と2.5倍であるため、炭化ケイ素デバイスと窒化ガリウムデバイスの動作周波数は従来のシリコンデバイスよりも高くなります。しかし、窒化ガリウム材料は耐熱性が低いという欠点があります。一方、炭化ケイ素は耐熱性と熱伝導性に優れており、窒化ガリウムデバイスの耐熱性の低さを補うことができます。そのため、業界では半絶縁性の炭化ケイ素を基板として採用し、その上にGaNエピタキシャル層を成長させることでRFデバイスを製造しています。
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投稿日時: 2024年7月16日