高純度炭化ケイ素粉末の合成

SiC はどのようにして半導体分野で卓越した地位を獲得したのでしょうか? 

これは主に、2.3 ～ 3.3 eV の範囲の例外的に広いバンドギャップ特性によるものであり、高周波、高出力電子デバイスの製造に理想的な材料となっています。この機能は、電子信号のための広い高速道路を構築し、高周波信号のスムーズな通過を確保し、より効率的かつ迅速なデータ処理と送信のための強固な基盤を築くことにたとえることができます。

2.3 ～ 3.3 eV の広いバンドギャップが重要な要素であり、高周波、高出力の電子デバイスに最適です。あたかも広大な高速道路が電子信号用に舗装されているかのようで、電子信号は妨げられることなく通過できるため、データの処理と転送の効率と速度を向上させるための堅牢な基盤が確立されています。

熱伝導率が高く、3.6 ～ 4.8 W・cm⁻¹・K⁻¹ に達することもあります。これは、熱を素早く放散し、電子機器の効率的な冷却「エンジン」として機能することを意味します。その結果、SiC は耐放射線性と耐腐食性を必要とする要求の厳しい電子デバイス用途において非常に優れた性能を発揮します。宇宙探査で宇宙線放射という課題に直面する場合でも、過酷な産業環境で腐食侵食に対処する場合でも、SiC は安定して動作し、安定した状態を維持できます。

キャリア飽和移動度は 1.9 ～ 2.6 × 107 cm・s⁻¹ の範囲にあります。この機能は、半導体領域での応用可能性をさらに広げ、デバイス内の電子の迅速かつ効率的な移動を確保することで電子デバイスの性能を効果的に向上させ、より強力な機能の実現を強力にサポートします。

SiC（炭化ケイ素）結晶材料開発の歴史はどのように発展してきたのでしょうか？ 

SiC 結晶材料の開発を振り返ることは、科学技術の進歩を記した本のページをめくるようなものです。 1892 年という早い時期に、アチソンは次のような合成方法を発明しました。SiC粉末シリカとカーボンから作られ、SiC 材料の研究が始まりました。しかし、当時得られたSiC素材の純度やサイズには限界があり、おくるみを着た幼児のように、無限の可能性を秘めながらも継続的な成長と改良が必要でした。

Lely が昇華技術によって比較的純粋な SiC 結晶の成長に成功したのは 1955 年のことであり、SiC の歴史において重要なマイルストーンとなりました。しかし、この方法で得られるSiC板状材料はサイズが小さく、まるで偏屈な兵士の集団のように性能のばらつきが大きく、ハイエンドの応用分野では強力な戦力を形成することが困難でした。

Tairov と Tsvetkov が種結晶を導入し、材料輸送を制御するための温度勾配を慎重に設計することによって Lely の方法を構築したのは 1978 年から 1981 年の間でした。現在では改良型 Lely 法またはシード支援昇華 (PVT) 法として知られるこの革新的な取り組みは、SiC 結晶の成長に新たな夜明けをもたらし、SiC 結晶の品質とサイズの制御を大幅に強化し、SiC 結晶の成長のための強固な基盤を築きました。さまざまな分野でSiCの応用が広がっています。

SiC単結晶の成長における核となる要素は何ですか? 

SiC 粉末の品質は、SiC 単結晶の成長プロセスにおいて重要な役割を果たします。使用時β-SiC粉末SiC 単結晶を成長させる際、α-SiC への相転移が起こる場合があります。この転移は、微妙な化学的平衡作用と同様に、気相中の Si/C モル比に影響を与えます。一度中断されると、建物全体の傾きにつながる基礎の不安定性と同様に、結晶の成長が悪影響を受ける可能性があります。

これらは主に SiC 粉末に由来しており、それらの間には密接な直線関係が存在します。言い換えれば、粉末の純度が高いほど、単結晶の品質は良くなります。したがって、高品質のSiC単結晶を合成するには、高純度のSiC粉末を調製することが鍵となります。そのため、粉末合成プロセス中に不純物含有量を厳密に制御し、すべての「原料分子」が高い基準を満たして結晶成長に最適な基盤を提供することが求められます。

合成方法にはどのようなものがありますか高純度SiC粉末? 

現在、高純度 SiC 粉末を合成するには、気相法、液相法、固相法という 3 つの主なアプローチがあります。

CVD (化学蒸着) やプラズマ法など、ガスソースの不純物含有量を巧みに制御します。 CVD は高温反応の「魔法」を利用して、超微細で高純度の SiC 粉末を取得します。たとえば、原料として(CH₃)₂SiCl₂を使用すると、高純度、低酸素のナノ炭化ケイ素粉末が、1100℃から1400℃の範囲の温度の「炉」内で首尾よく調製されます。ミクロの世界。一方、プラズマ法は、高エネルギーの電子衝突の力を利用して、SiC 粉末の高純度合成を実現します。マイクロ波プラズマを使用し、テトラメチルシラン (TMS) を反応ガスとして使用し、高エネルギー電子の「衝撃」を受けて高純度の SiC 粉末を合成します。気相法は高純度が得られるものの、コストが高く、合成速度が遅いため、熟練した職人が高額な費用と時間をかけて作業するようなものであり、大量生産の要求に応えることが困難である。

ゾルゲル法は液相法の中でも優れた高純度の合成が可能SiC粉末。工業用シリコンゾルと水溶性フェノール樹脂を原料として、高温で炭素熱還元反応を行い、最終的にSiC粉末を得る。しかし、液相法はコストが高く、合成プロセスが複雑であるという課題も抱えており、目的地までは到達できるものの、茨の道のように課題が山積しています。

これらの手法によりSiC粉末の純度や収率の向上に努め、炭化珪素単結晶の育成技術をより高いレベルに推進していきます。

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