用語辞典

炭化ケイ素(SiC)は、単結晶でありながら、Si原子とC原子お互いの位置の組み合わせの違いにより、種々の結晶構造(ポリタイプという)が存在する。
車、白物家電などのパワー半導体においては、4H-Nが使用される。その他として、6H-N、3C-Nが存在する。たとえば、4H-NにおけるHは六方晶(Hexagonal)を意味する。
-NはN型原子、多くは窒素を混入させて導電性をもたせたタイプを意味する。3CのCはCubic(立方晶)を意味する。

呼称(ポリタイプ) 結晶系 補足
2H 六方晶 SiとCの原子配置が六方晶であるタイプA、タイプBの積層組み合わせがABABABと2個毎に繰り返し配列されている
3C 立方晶 SiとCの原子配置が立方晶であるタイプA、タイプB、タイプCの積層組み合わせがABCABCABCと3個毎に繰り返し配列されている
4H 六方晶 SiとCの原子配置が六方晶であるタイプA、タイプB、タイプC、タイプDの積層組み合わせがABCDABCDと4個毎に繰り返し配列されている
6H 六方晶 SiとCの原子配置が六方晶であるタイプA、B、C、D、E、Fの積層組み合わせがABCDEFABCDEFと6個毎に繰り返し配列されている

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欠陥タイプ 略称 転移方向 補足
マイクロパイプ MP C軸<0001>に平行 直径1~10umの大きく中空状の結晶欠陥。らせん転移の1種
らせん転移 SD 刃状転位における結晶の原子配列のずれから、さらに結晶内の原子がずれた転移
刀状転移 TED C軸<0001>に垂直 結晶内の歪により発生した線上(刀状)の転移欠陥
基底面内転移 BPD SiC単結晶の基底面である(0001)面(=c面)に存在する転位
積層転移 SF 無欠陥結晶の中に、C面(0001)に平行な方向に、面状に結晶欠陥をもつタイプの転移

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SiCウエハは、SiCインゴットを多数枚にスライス切断して得られます。通常、生産コストの観点から1つのSiCインゴットから多数枚のSiCウエハを得るためには、SiC切断面はC面(0001)となるように製造されることが理想である。C面(0001)に対して切断する際の角度をオフ角度という。左記の場合にはオフ角度は0度OFFであるという。しかし、現状は、SiCウエハの上に形成されるエピタキシャルSiC膜を形成する際には、オフ角度が0度の場合のSiCウエハでは、エピタキシャル膜中に結晶欠陥が多くなってしまう。そこで、対策として1度~4度程度の角度をもったSiCウエハを使用することで、結晶欠陥が少ないエピタキシャル膜を形成している。

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単位 4H-SiC 6H-SiC GaN シリコンウエハ SiCの特徴(対シリコンウエハ)
禁制帯幅(バンドギャップ) eV 3.26 3 3.42 1.12 熱により活性化される電子が少ない(高温動作性向上)
絶縁破壊電界強度 MV/cm 2.8 3 2.6 0.3 高耐圧のためウエハ薄厚化可能(高速動作化)
飽和電子速度 cm/s 2.2 X 107 2 X 107 2.7 X 107 1 X 107 高速動作
熱伝導率 W/cmK 4.9 4.9 1.3 1.5 熱的安定性(高温の問題回避可能化)

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単結晶サファイアウエハ(Al2O3)は、硬度(ビッカース)22.5GPaと極めて硬く、高耐熱性(融点2053℃)、六方晶系、密度3.97×103 Kg/m3という物理的特徴を有する。
単結晶サファイアウエハの用途としては、光学デバイスとしてのLED用基盤、レーザー用基盤で使用されている。又、携帯電話などの高周波スイッチング用、パワーLSI用(GaN膜成長用基盤)、紫外UVセンサー用としても使用される。一方、単結晶サファイアウエハは、紫外線域から赤外線域まで広い周波数範囲で高い透過率を示すため、光学機器用の窓材としても有用な材料である。更に、半導体製造プロセス中において、薄化されたSiウエハのサポート用ウエハとしても使用されている。
単結晶サファイアウエハ(バルク材)の育成方法としては、日本ではEFG法が主流であり、外国ではCZ法が主流である。その他の方法としては、ベルズーイ法、カイロポーラス法、HEM法などが存在する。
 LED用に多用されている単結晶サファイアウエハは、現在、2インチ、4インチが主流であるが、コスト低減を目的に6インチ化が進むと考えられる。大口径化においては、サファイアウエハの反り(平坦度)の課題が注目されている。

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ウエハ基板とウエハ保持チャックとの隙間に窒素(又はエアー)を流し、ウエハ基板を回転させることにより、ウエハとチャックとの間に負圧と正圧の空間を生じさせる。このベルヌイ定理を利用して、ウエハをチャック上に1mm以下の距離に保持させることが出来る。

ベルヌイチャック

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