炭化ケイ素（SiC）の開発と応用
1. SiC のイノベーションの 1 世紀
炭化ケイ素 (SiC) の歴史は 1893 年に始まり、エドワード グッドリッチ アチソンが炭素材料を使用して石英と炭素の電気加熱による SiC の工業生産を達成するアチソン炉を設計したときに始まりました。この発明は SiC の工業化の始まりとなり、アチソンは特許を取得しました。
20 世紀初頭、SiC はその顕著な硬度と耐摩耗性により、主に研磨材として使用されていました。 20 世紀半ばまでに、化学蒸着 (CVD) 技術の進歩により、新たな可能性が開かれました。 Rustum Roy 率いる Bell Labs の研究者たちは、CVD SiC の基礎を築き、グラファイト表面上に初の SiC コーティングを実現しました。
1970 年代に、Union Carbide Corporation が窒化ガリウム (GaN) 半導体材料のエピタキシャル成長に SiC コーティングされたグラファイトを適用したことで大きな進歩が見られました。この進歩は、高性能の GaN ベース LED およびレーザーにおいて極めて重要な役割を果たしました。数十年にわたり、製造技術の向上により、SiC コーティングは半導体を超えて、航空宇宙、自動車、パワーエレクトロニクスの用途にまで拡大してきました。
現在、溶射、PVD、ナノテクノロジーなどの技術革新により、SiC コーティングの性能と応用がさらに強化され、最先端の分野での可能性が示されています。
2. SiCの結晶構造と用途を理解する
SiC には 200 以上のポリタイプがあり、原子の配置によって立方体 (3C)、六方晶系 (H)、菱面体晶系 (R) 構造に分類されます。このうち、4H-SiC と 6H-SiC はそれぞれ高出力デバイスと光電子デバイスに広く使用されており、β-SiC はその優れた熱伝導性、耐摩耗性、耐食性で評価されています。
β-SiC熱伝導率などのユニークな特性120～200W/m・Kグラファイトとほぼ一致する熱膨張係数を備えているため、ウェハエピタキシー装置の表面コーティングに適した材料となっています。
3. SiC コーティング: 特性と調製技術
SiC コーティング (通常は β-SiC) は、硬度、耐摩耗性、熱安定性などの表面特性を向上させるために広く適用されています。一般的な準備方法は次のとおりです。
- 化学蒸着 (CVD):優れた密着性と均一性を備えた高品質のコーティングを提供し、大型で複雑な基材に最適です。
- 物理蒸着 (PVD):コーティング組成を正確に制御できるため、高精度のアプリケーションに適しています。
- スプレー技術、電気化学的堆積、およびスラリーコーティング: 接着力と均一性にはさまざまな制限がありますが、特定の用途向けの費用対効果の高い代替品として機能します。
各方法は、基板の特性とアプリケーション要件に基づいて選択されます。
4. MOCVD における SiC コーティングされたグラファイトサセプター
SiC コーティングされたグラファイト サセプタは、半導体およびオプトエレクトロニクス材料製造の重要なプロセスである有機金属化学気相成長 (MOCVD) に不可欠です。
これらのサセプタは、エピタキシャル膜成長を強力にサポートし、熱安定性を確保し、不純物汚染を軽減します。また、SiC コーティングは耐酸化性、表面特性、界面品質を向上させ、膜成長中の正確な制御を可能にします。
5. 未来への前進
近年、SiC コーティングされたグラファイト基板の製造プロセスの改善に多大な努力が向けられています。研究者は、コストを削減しながらコーティングの純度、均一性、寿命を向上させることに重点を置いています。さらに、次のような革新的な素材の探求炭化タンタル (TaC) コーティング熱伝導率と耐食性が向上する可能性があり、次世代ソリューションへの道を切り開きます。
SiC コーティングされたグラファイト サセプターの需要が拡大し続ける中、インテリジェント製造と工業規模の生産の進歩により、半導体およびオプトエレクトロニクス産業の進化するニーズを満たす高品質の製品の開発がさらにサポートされることになります。
投稿日時: 2023 年 11 月 24 日