炭化ケイ素産業特別調査報告書: 新エネルギー車と太陽電池駆動産業の成長(1)
1. SiCは優れた電気特性を有し、半導体材料の最有力候補と期待されています
半導体材料の開発は3つの段階を経てきました. 一般的な半導体材料にはシリコンが含まれます (と), ゲルマニウム (Ge) その他の元素半導体、ガリウム砒素などの化合物半導体材料 (GaAs), 炭化ケイ素 (SiC), 窒化ガリウム (GaN). 研究と大規模応用の時系列から, 上記の半導体材料は、業界で一般的に3つの世代に分けられます.
第1世代の半導体材料は、1950年代から広く使用されてきました, シリコンで表される (と) とゲルマニウム (Ge). そのような材料の産業チェーンは比較的成熟しています, 完全な技術的備蓄と低い生産コスト. 現在のところ, それらは主に大規模集積回路で使用されます, 低圧含む, 低頻度, 低電力トランジスタと検出器.
シリコンベースの半導体材料は、現在最大の生産量であり、最も広く使用されている半導体材料です, そしてそれ以上 90% の半導体製品はシリコンベースの材料で作られています.
第2世代の半導体材料は1990年代から広く使用されています, ガリウムヒ素で表される (GaAs) リン化インジウム (InP). 半導体産業の発展とともに, シリコン材料の物理的ボトルネックがますます顕在化, また、その物理的特性により、オプトエレクトロニクスおよび高周波高出力デバイスでの用途が制限されます. 第 2 世代の半導体材料は、物理構造に直接バンド ギャップの特性があります。.
シリコン系材料との比較, 彼らは良い光電性能の利点を持っています, 高い動作周波数, 耐高温性と耐放射線性. 高速化に適しています。, 高周波, 高出力および発光電子デバイス. それらは高性能マイクロ波を作るための優れた材料です, ミリ波デバイスおよび発光デバイス, モバイル通信で広く使用されています, 衛星通信, 光通信, GPS ナビゲーションおよびその他の分野.
第三世代半導体は窒化ガリウムに代表される化合物半導体 (GaN) および炭化ケイ素 (SiC). このタイプの半導体材料のバンドギャップ幅は 2.3eV 以上です。, そのため、ワイドバンドギャップ半導体材料とも呼ばれます。. 第 3 世代の半導体は、バンド ギャップ幅などの主要なパラメーターで大きな利点があります。, 破壊電界, 熱伝導率, 電子飽和率, 耐放射線性, 高出力に対する現代産業のニーズを満たす, 高電圧, と高周波.
したがって, 第三世代の半導体は、主に高速化に使用されます, 高周波, 高出力および発光電子部品. 下流のアプリケーションにはスマートグリッドが含まれます, 新エネルギー車, 太陽光発電風力, 5ギ通信, 等.
SiC材料の紹介. SiC は、SiC の化学式を持つ無機物質です。. 珪砂でできています, 石油コークス (またはコールコークス), 木のチップ (緑色のSiCを生成するには塩が必要です) 高温の抵抗炉で製錬することにより、その他の原材料.
SiCは希少鉱物として自然界にも存在します, ムライト. Cの中で, N, Bおよびその他の非酸化物ハイテク耐火材料, SiC は最も広く使用されており、経済的なものです。, エメリーまたは耐火砂と呼ぶことができます. SiCは、半導体材料の分野で最も有望な材料の1つになると期待されています.
シリコンデバイスとの比較, SiC をベースとしたパワーデバイスは、高耐圧などの電気的特性を備えています。, 高温耐性と低エネルギー損失, 最も有望な半導体材料の 1 つです。. SiC の優れた電気的特性には、次のような側面があります。:
1 高耐電圧. SiCの破壊電界強度は 10 シリコンの倍, SiCで作製したデバイスは、耐電圧容量をさらに向上させることができます, 動作周波数と電流密度, デバイスの伝導損失を大幅に低減.
2 高温耐性. バンドギャップが広いほど, デバイスの限界動作温度が高くなる. SiCのバンドギャップはシリコンの3倍近いので, SiC の動作限界温度は、シリコンの動作温度よりも大幅に高くなります。, 以上に達することができます 600 ℃. 同時に, SiCの熱伝導率はシリコンよりも高い, これにより、冷却システムの要件が軽減され、端末の軽量化と小型化が実現します。.
3 低エネルギー損失. SiC の飽和電子ドリフト率はシリコンの 2 倍です. シリコンに比べて, SiC は非常に低いオン抵抗と低いオン損失を備えています; 同時に, SiC はほぼ 3 シリコンのバンドギャップ幅の倍, シリコンデバイスに比べてリーク電流が大幅に減少, これにより、電力損失をさらに減らすことができます; 加えて, SiC デバイスは、ターンオフ プロセス中に電流テーリングがありません。, スイッチング損失が少ない, これにより、実際のアプリケーションでスイッチング周波数が大幅に向上します.
一般に, SiCは高耐圧などの優れた特性を持っています, 高温耐性と低エネルギー損失, 高温用パワーエレクトロニクス技術の新しい要件を満たすことができます, ハイパワー, 高電圧, 高周波, 耐放射線性およびその他の過酷な作業条件, 半導体材料の分野で最も有望な材料の1つになると期待されています.
