シリコンカーバイドは、SiC とも呼ばれ、純粋なシリコンと純粋な炭素からなる半導体ベース材料です。SiC に窒素またはリンをドープすると n 型半導体が形成され、ベリリウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウムをドープすると p 型半導体が形成されます。シリコンカーバイドにはさまざまな種類と純度がありますが、半導体グレードのシリコンカーバイドが利用されるようになったのはここ数十年のことです。
シリコンカーバイドの利点
歴史的に、メーカーはベアリング、加熱機械部品、自動車ブレーキ、さらには包丁研ぎツールなどの高温環境でのデバイスにシリコンカーバイドを使用しています。電子機器や半導体の用途では、SiC の主な利点は次のとおりです。
120-270 W/mKの高い熱伝導率
熱膨張係数が4.0x10^-6/度と低い
高い最大電流密度
これら 3 つの特性が組み合わさることで、SiC は優れた電気伝導性を発揮します。特に、SiC のより一般的な類似品であるシリコンと比較すると、その性能は優れています。SiC の材料特性により、高電流、高温、高熱伝導性が求められる高出力アプリケーションに非常に有利です。
近年、SiC は半導体業界のキープレーヤーとなり、高出力、高効率のアプリケーションで使用される MOSFET、ショットキー ダイオード、およびパワー モジュールに電力を供給しています。通常、ブレークダウン電圧が 900V に制限されるシリコン MOSFET よりも高価ですが、SiC では 10kV 近くの電圧しきい値が可能です。
SiC はスイッチング損失が非常に低く、高い動作周波数をサポートできるため、特に 600 ボルト以上で動作するアプリケーションでは、現在では他に類を見ない効率を実現できます。SiC デバイスを適切に実装すると、コンバータとインバータのシステム損失を約 50%、サイズを 300%、システム全体のコストを 20% 削減できます。システム全体のサイズが小さくなるため、重量とスペースに敏感なアプリケーションで SiC が非常に役立ちます。
シリコンカーバイドの用途
シリコンカーバイドは、その多様な特性により、次のような多くの高温および耐摩耗性アプリケーションで広く使用されているセラミック材料です。
鉄、鋼、セラミック、非鉄金属、エネルギー、化学薬品などの生産における耐火物の用途。
化学製品製造やタービンまたはエンジンのテストにおける装置に搭載され、過酷な高温腐食環境で可燃性ガスや燃焼性ガスを検出する高温ガスセンサー
セラミック溶接粉末
高電圧耐性により電子機器の回路素子に使用される半導体
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