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半導体ウエハとは何ですか？
半導体ウェハは、集積回路 (IC) やその他の電子デバイスの製造の基礎となる半導体材料の薄い円形スライスです。ウェーハは平らで均一な表面を提供し、その上にさまざまな電子コンポーネントが構築されます。
ウェハの製造プロセスには、目的の半導体材料の大きな単結晶を成長させ、ダイヤモンドソーを使用して結晶を薄いウェハにスライスし、その後ウェハを研磨して洗浄して表面欠陥や不純物を除去するなど、いくつかのステップが含まれます。得られたウェーハの表面は非常に平坦で滑らかであり、これは後続の製造プロセスにとって非常に重要です。
ウェハが準備されると、フォトリソグラフィー、エッチング、蒸着、ドーピングなどの一連の半導体製造プロセスを経て、電子部品の構築に必要な複雑なパターンや層が作成されます。これらのプロセスは 1 枚のウェーハ上で複数回繰り返され、複数の集積回路やその他のデバイスが作成されます。
製造プロセスが完了した後、事前に定義されたラインに沿ってウェーハをダイシングすることにより、個々のチップが分離されます。次に、分離されたチップはパッケージ化されて保護され、電子デバイスに統合するための電気接続が提供されます。
ウェーハ上の異なる材料
半導体ウェーハは、その豊富さ、優れた電気的特性、および標準的な半導体製造プロセスとの互換性により、主に単結晶シリコンから作られています。ただし、特定の用途や要件に応じて、他の材料を使用してウェーハを作成することもできます。以下にいくつかの例を示します。
炭化ケイ素 (SiC) は、従来の材料と比較して優れた物理的特性を備えたワイドバンドギャップ半導体材料です。効率を向上させながら、個別のデバイス、モジュール、さらにはシステム全体のサイズと重量を削減するのに役立ちます。
SiC の主な特徴:
- -ワイドバンドギャップ:SiC のバンドギャップはシリコンの約 3 倍であり、最大 400°C の高温での動作が可能です。
- -高クリティカル破壊フィールド:SiC はシリコンの最大 10 倍の電界に耐えることができるため、高電圧デバイスに最適です。
- -高い熱伝導率:SiC は熱を効率的に放散し、デバイスが最適な動作温度を維持し、寿命を延ばします。
- -高飽和電子ドリフト速度:SiC はシリコンの 2 倍のドリフト速度により、より高いスイッチング周波数を可能にし、デバイスの小型化に役立ちます。
アプリケーション:
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-パワーエレクトロニクス:SiCパワーデバイスは高電圧、大電流、高温、高周波環境に優れ、エネルギー変換効率を大幅に高めます。これらは、電気自動車、充電ステーション、太陽光発電システム、鉄道輸送、スマートグリッドで広く使用されています。
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-マイクロ波通信:SiC ベースの GaN RF デバイスは、無線通信インフラ、特に 5G 基地局にとって重要です。これらのデバイスは、SiC の優れた熱伝導性と GaN の高周波、高出力 RF 出力を組み合わせており、次世代の高周波通信ネットワークに最適な選択肢となっています。
窒化ガリウム（GaN）は、大きなバンドギャップ、高い熱伝導率、高い電子飽和ドリフト速度、優れた絶縁破壊電界特性を備えた第 3 世代のワイドバンドギャップ半導体材料です。 GaNデバイスは、LED省エネ照明、レーザープロジェクションディスプレイ、電気自動車、スマートグリッド、5G通信など、高周波、高速、高出力の分野で幅広い応用の可能性を秘めています。
ガリウムヒ素 (GaAs)は、高周波、高電子移動度、高出力、低ノイズ、優れた直線性で知られる半導体材料です。オプトエレクトロニクスおよびマイクロエレクトロニクス産業で広く使用されています。オプトエレクトロニクスでは、GaAs 基板は LED (発光ダイオード)、LD (レーザー ダイオード)、および光起電力デバイスの製造に使用されます。マイクロエレクトロニクスでは、MESFET (金属半導体電界効果トランジスタ)、HEMT (高電子移動度トランジスタ)、HBT (ヘテロ接合バイポーラ トランジスタ)、IC (集積回路)、マイクロ波ダイオード、ホール効果デバイスの製造に使用されます。
リン化インジウム (InP)は重要な III-V 族化合物半導体の 1 つであり、高い電子移動度、優れた耐放射線性、広いバンドギャップで知られています。オプトエレクトロニクスおよびマイクロエレクトロニクス産業で広く使用されています。
