数ある SiC 多形の中で 3C-SiC が際立っているのはなぜですか? - ヴェテック・セミコンダクター

の背景SiC

炭化ケイ素（SiC）重要なハイエンド精密半導体材料です。優れた高温耐性、耐食性、耐摩耗性、高温機械的特性、耐酸化性などの特性により、半導体、原子力、国防、宇宙技術などのハイテク分野での幅広い応用の見通しを持っています。

これまでに200件以上SiCの結晶構造が確認されており、主な種類は六方晶系（2H-SiC、4H-SiC、6H-SiC）と立方晶系の3C-SiCです。その中でも、3C-SiCの等軸構造特性により、このタイプの粉末はα-SiCよりも優れた自然な球形性と緻密な積層特性を備えているため、精密研削、セラミック製品などの分野で優れた性能を発揮します。現在、さまざまな理由により、3C-SiC 新材料の優れた性能が大規模な産業用途に達成できなくなっています。

多くの SiC ポリタイプの中で、3C-SiC は唯一の立方体ポリタイプであり、β-SiC としても知られています。この結晶構造は、格子内にSi原子とC原子が1対1の割合で存在し、各原子が4つの異種原子に囲まれ、強い共有結合を持った四面体構造単位を形成しています。 3C-SiC の構造上の特徴は、Si-C の二原子層が ABC-ABC-… の順序で繰り返し配置されており、各単位胞内にこのような二原子層が 3 つ含まれることであり、これを C3 表現と呼びます。 3C-SiC の結晶構造を次の図に示します。

現在、パワーデバイスに最も一般的に使用されている半導体材料はシリコン（Si）です。ただし、Si の性能により、シリコンベースのパワーデバイスには限界があります。 4H-SiC および 6H-SiC と比較して、3C-SiC は室温で最も高い理論電子移動度 (1000 cm・V) を持ちます。^-1・S^-1)、MOS デバイスのアプリケーションではさらに多くの利点があります。同時に、3C-SiCは、高い耐電圧、良好な熱伝導性、高硬度、広いバンドギャップ、高温耐性、耐放射線性などの優れた特性も備えています。したがって、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス、センサー、および極限条件下でのアプリケーションに大きな可能性を秘めており、関連技術の開発と革新を促進し、多くの分野で幅広い応用可能性を示しています。

1 つ目: 特に高電圧、高周波、高温の環境では、3C-SiC の高い降伏電圧と高い電子移動度により、MOSFET などのパワー デバイスの製造に理想的な選択肢となります。 

2 番目: ナノエレクトロニクスおよび微小電気機械システム (MEMS) における 3C-SiC の応用は、シリコン技術との互換性の恩恵を受け、ナノエレクトロニクスやナノ電気機械デバイスなどのナノスケール構造の製造を可能にします。 

3 番目: ワイドバンドギャップ半導体材料として、3C-SiC は青色発光ダイオード (LED) の製造に適しています。高い発光効率と容易なドーピングにより、照明、ディスプレイ技術、レーザーへの応用が注目を集めています[9]。 4番目：同時に、3C-SiCは位置敏感検出器、特に横方向光起電力効果に基づくレーザーポイント位置敏感検出器の製造にも使用され、ゼロバイアス条件下で高い感度を示し、精密位置決めに適しています。

3C SiCヘテロエピタキシーの作製方法

3C-SiC ヘテロエピタキシャルの主な成長方法には、化学蒸着 (CVD)、昇華エピタキシー (SE)、液相エピタキシー (LPE)、分子線エピタキシー (MBE)、マグネトロン スパッタリングなどが含まれます。 CVD は、3C-SiC ヘテロエピタキシャルの好ましい方法です。 SiC エピタキシーは、その制御性と適応性 (エピタキシャル層の品質を最適化できる温度、ガス流量、チャンバー圧力、反応時間など) によるものです。

化学気相成長法（CVD）：Si元素とC元素を含む化合物ガスを反応室内に流し、高温で加熱分解し、Si原子とC原子をSi基板（6H-SiC、15R-）上に析出させます。 SiC、4H-SiC基板。この反応の温度は通常1300〜1500℃の間です。一般的な Si ソースは SiH4、TCS、MTS などで、C ソースは主に C2H4、C3H8 などで、キャリアガスには H2 が使用されます。 

成長プロセスには主に次のステップが含まれます。 

1. 気相反応源は、主ガス流に乗って堆積ゾーンに向かって輸送されます。 

2. 気相反応が境界層で発生し、薄膜前駆体と副生成物が生成されます。 

3. 前駆体の沈殿、吸着、分解プロセス。 

4. 吸着された原子は基板表面に移動して再構築されます。 

5. 吸着された原子は核を形成し、基板表面で成長します。 

6. 反応後の排ガスは主ガス流ゾーンに大量輸送され、反応チャンバーから取り出されます。 

継続的な技術進歩と詳細な機構研究により、3C-SiC ヘテロエピタキシャル技術は半導体産業においてより重要な役割を果たし、高効率電子デバイスの開発を促進すると期待されています。たとえば、高品質の厚膜 3C-SiC の急速な成長は、高電圧デバイスのニーズを満たす鍵となります。成長速度と材料の均一性の間のバランスを克服するには、さらなる研究が必要です。 SiC/GaN などの異種構造における 3C-SiC の応用と組み合わせて、パワーエレクトロニクス、光電子集積、量子情報処理などの新しいデバイスにおける潜在的な応用を探ります。

Vetek Semiconductor は 3C を提供しますSiCコーティング高純度グラファイトや高純度炭化ケイ素などのさまざまな製品に使用されます。 20年以上の研究開発経験を持つ当社は、以下のような適合性の高い材料を選択します。エピの受信者の場合, SiCエピタキシャルレシーバー、GaN on Si エピサセプタなど、エピタキシャル層の製造プロセスで重要な役割を果たします。

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