炭化ケイ素（SiC）の5大産業における応用と優位性
炭化ケイ素（SiC）は、その高硬度・高熱伝導率・耐高温性・耐腐食性により、現代の製造業および先端技術で欠かせない材料です。半導体・電子、新エネルギー車（EV）、航空宇宙・防衛、化学・エネルギー、産業製造などの分野で重要な役割を果たしています。
1. 半導体・電子
- 製造工程：単結晶SiCインゴット成長（PVT、CVD）、ウエハー切断・研磨、エピタキシャル成長、デバイス製造（MOSFET、ショットキーダイオード）。
- 優位性：高耐圧、低スイッチング損失、高熱伝導性、200°C以上で安定動作。
2. 新エネルギー車（EV）
- 製造工程：SiC MOSFET・ダイオードをインバータモジュールに封止、OBCやDC-DCコンバータとのシステム統合、高温・振動下での耐久試験。
- 優位性：効率5〜10％向上、800V急速充電対応、小型軽量化。
3. 航空宇宙・防衛
- 製造工程：SiCセラミック焼結によるタービンブレード・熱防護シールド製造、マイクロ波デバイス封止、衛星ミラーの超精密研磨。
- 優位性：高温耐酸化性、寸法安定性、優れたマイクロ波伝送性能。
4. 化学・エネルギー
- 製造工程：耐腐食性ポンプ羽根車、SiC熱交換器、太陽光発電用SiCるつぼ製造。
- 優位性：酸・アルカリ耐性、高熱伝導効率、極限温度・圧力への耐性。
5. 産業製造
- 製造工程：研磨材・切削工具、SiC発熱体、防弾板製造。
- 優位性：工具寿命延長、高温安定性、優れた防護性能。
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1. SiC インゴット
用途: 第三世代半導体ウェーハ基板、パワーデバイス製造用。
| パラメータ | 仕様範囲 |
|---|---|
| 結晶タイプ | 4H-SiC / 6H-SiC |
| 直径 | 100mm / 150mm / 200mm |
| 長さ | 10mm ~ 60mm |
| 導電型 | N型 / 半絶縁型 |
| マイクロパイプ密度 | ≤ 0.1 cm⁻² |
| 抵抗率 | 0.015~0.028 Ω·cm (N型) |
| 成長方法 | PVT（物理気相輸送法） |
2. SiC ウェーハ
用途: MOSFET、ショットキーダイオード、パワーモジュール製造用。
| パラメータ | 仕様範囲 |
|---|---|
| ウェーハ直径 | 100mm / 150mm / 200mm |
| 厚さ | 350 ± 25 μm (4インチ), 500 ± 25 μm (6インチ) |
| エピ層厚さ | 2 μm ~ 20 μm |
| エピ層ドーピング濃度 | 1×10¹⁵ ~ 1×10¹⁷ cm⁻³ |
| 表面粗さ (RMS) | ≤ 0.3 nm |
| 転位密度 | ≤ 5×10³ cm⁻² |
3. SiC パワーデバイス
用途: EVインバータ、電力コンバータ、産業用オートメーションドライブ。
| 製品タイプ | 例規格 |
|---|---|
| SiC MOSFET | 650V / 1200V / 1700V |
| SiC ショットキーダイオード (SBD) | 650V / 1200V, 2A ~ 50A |
| SiC パワーモジュール | 50kW ~ 300kW, 800Vプラットフォーム対応 |
| パッケージタイプ | TO-247, TO-220, D2PAK, モジュール (ハーフブリッジ、フルブリッジ) |
4. SiC セラミック部品
用途: 航空宇宙耐熱保護、化学耐食性、半導体装置部品。
| 製品タイプ | 例規格 |
|---|---|
| タービンブレード | RBSiC, 耐熱 ≥ 1600°C |
| ポンプインペラ | SiSiC / RBSiC, 硬度 ≥ 25 GPa |
| シールリング | 表面粗さ Ra ≤ 0.1 μm |
| 光学ミラー基板 | 平坦度 ≤ λ/10, 反射率 ≥ 98% (コーティング後) |
5. SiC 研磨材 & 切削工具
用途: 脆性硬材料加工、金属研削、ガラス切断。
| 製品タイプ | 例規格 |
|---|---|
| ブラックSiC研磨材 | 粒度 #16 ~ #1200 |
| グリーンSiC研磨材 | 純度 ≥ 99%, 粒度 #46 ~ #3000 |
| SiC研削ホイール | 外径 100mm ~ 500mm |
| SiC切断ディスク | 厚さ 0.5mm ~ 3mm |
6. SiC 発熱体
用途: 高温炉、ガラス製造、セラミック焼結。
| パラメータ | 仕様範囲 |
|---|---|
| 形状 | 棒状、U字型、スパイラル型 |
| 直径 | 8mm ~ 55mm |
| 長さ | 200mm ~ 2000mm |
| 表面負荷 | 5 ~ 30 W/cm² |
| 使用温度 | 800°C ~ 1600°C |
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