炭化ケイ素材料には、広いバンドギャップ、高い破壊電界強度、速いキャリア移動度、高い熱伝導率などの利点があります。 -半絶縁性と導電性-の 2 種類の製品は、RF デバイスやパワー エレクトロニクス デバイスの製造ニーズを満たすことができ、5G 通信、レーダー電子機器、新エネルギー自動車、エネルギー貯蔵などの分野で広く使用され、国防の安全保障と経済発展に関係しています。戦略的材料として、独立した制御性を備えた炭化ケイ素基板は、国家の主要な産業チェーンと主要任務の実施を確実にするための鍵であり、国家経済の発展を守る中核でもあります。
炭化ケイ素粉末は、炭化ケイ素基板を成長させるための主原料です。現在、業界では主に物理気相輸送（PVT）法を採用して炭化ケイ素粉末を炭化ケイ素単結晶インゴットに合成し、丸め、切断、研削、研磨、洗浄を経て、表面粗さが0.1 nm未満の炭化ケイ素単結晶基板を取得しています。-炭化ケイ素粉末は、用途によって高純度炭化ケイ素粉末と窒素ドープ炭化ケイ素粉末-に分けられます。高純度炭化ケイ素粉末は、主に半絶縁性炭化ケイ素基板の製造に使用されます。-半絶縁基板は比較的高い抵抗率を持ち、主にマイクロ波 RF デバイスの製造に使用され、無線通信分野の基本コンポーネントとして機能します。窒素-ドープ炭化ケイ素粉末は、主に導電性炭化ケイ素基板の製造に使用されます。導電性基板の抵抗率は比較的低いです。導電性炭化ケイ素基板から成長させた炭化ケイ素エピタキシャルウェーハは、パワーデバイスの製造にさらに使用でき、新エネルギー車、太陽光発電、スマートグリッド、鉄道交通、その他の分野で広く使用されています。
炭化ケイ素粉末は、通常、炭素粉末とケイ素粉末を1:1の比率で2000度の高温で反応させて炭化ケイ素粉末を形成することによって製造されます。炭化ケイ素インゴットの成長中の欠陥の程度は、炭化ケイ素粉末に大きく依存します。したがって、炭化ケイ素粉末は、炭化ケイ素粉末の粒径、不純物、粉末結晶形、窒素含有量などの結晶および基板の品質に重要な影響を及ぼします。このうち粒径は結晶化速度や品質に影響を与え、不純物元素の含有量は炭化珪素の電気特性に重要な影響を与えます。
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粉末粒子サイズが結晶に及ぼす影響
炭化ケイ素粉末の粒径は、気相中のケイ素成分と炭素成分のモル比に直接影響し、それによって単結晶の成長に影響を与えます。-粒子サイズが小さくなるにつれて、成長システムの全圧とシリコン-対-炭素の比率が増加します。粒子サイズが 2～3 mm から 0.06 mm に減少すると、シリコン-対-炭素の比率は 1.3 から 4.0 に増加します。粒子がある程度小さくなると、Si 分圧が増加し、成長する結晶表面に Si 膜が形成され、気相-液-固体成長が誘発され、結晶多型、点欠陥、線欠陥に影響を与え、結晶の品質管理に影響を与えます。
また、炭化珪素粉末の粒径が比較的小さいと、粉末の分解が比較的早くなり、炭化珪素単結晶の成長速度が速くなりすぎる。一方で、SiC 単結晶成長の高温環境では、合成と分解のプロセスが同時に進行します。-炭化ケイ素粉末は分解して、Si、Si2C、SiC2などの気相と固相炭素-を形成し、その結果、多結晶粉末の比較的激しい炭化が起こり、結晶中に炭素含有物が形成されます。一方、粉末の分解速度が比較的速い場合には、成長するＳｉＣ単結晶の結晶構造が変化しやすく、成長するＳｉＣ単結晶の品質を制御することが困難になる。
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結晶に対する不純物の影響
炭化ケイ素粉末中の不純物含有量は、結晶成長中の自発核生成に影響を与えます。不純物含有量が高くなるほど、自発的な結晶核生成の可能性が低くなります。主な金属不純物には、B、Al、V、Ni などがあります。さらに、B と Al は SiC の主な浅い-レベルのアクセプタ不純物であり、炭化ケイ素の抵抗率の低下を引き起こします。他の金属不純物は複数のエネルギー準位を導入し、高温での炭化ケイ素単結晶の電気的特性を不安定にし、高純度半絶縁性単結晶基板の電気的特性、特に抵抗率に比較的大きな影響を与えます。-
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粉末の結晶形態が結晶に及ぼす影響
SiC 単結晶の PVT 成長は、高温で実行される昇華再結晶プロセスです。{0} SiC原料の結晶形は結晶成長に重要な影響を与えます。粉末合成中、主に立方晶系単位格子構造（-SiC）を持つ-温度合成相と、六方晶系単位格子構造（-SiC）を持つ高温-合成相が生成されます。炭化ケイ素は結晶形が多く、温度制御範囲が比較的狭いです。たとえば、3C-SiC は 1900 度を超えると六方晶系炭化ケイ素ポリタイプ、つまり 4H/6H-SiC に変化します。
単結晶成長中、-SiC 粉末を使用して結晶を成長させる場合、シリコン-対-炭素のモル比は 5.5 より大きくなりますが、-SiC 粉末を使用して結晶を成長させる場合、シリコン-対-炭素のモル比は 1.2 になります。温度が上昇すると、るつぼ内で相変態が起こります。このとき、気相中のモル比が大きくなり、結晶成長には好ましくない。さらに、相変態プロセス中に、炭素、シリコン、二酸化ケイ素などの他の気相不純物が容易に生成されます。これらの不純物の存在により、結晶内にマイクロパイプやボイドなどの欠陥が発生します。したがって、粉末の結晶形を正確に制御する必要があります。
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粉末中の窒素含有量が結晶に及ぼす影響
窒素含有量のレベルによって、単結晶基板の抵抗率が決まります。-大手メーカーは、粉末合成中の成熟した結晶成長プロセスに応じて、合成粉末中の窒素ドーピング濃度を調整する必要があります。高純度の半絶縁性炭化ケイ素単結晶基板は、軍事中核電子部品として最も有望な材料です。{{4}高い抵抗率と優れた電気特性を備えた高純度の半絶縁性単結晶基板を成長させるには、基板内の主な不純物である窒素の含有量を比較的低いレベルに制御する必要があります。導電性単結晶基板では、窒素含有量を比較的高濃度に制御する必要があります。