6インチ超高電圧 SiC エピタキシアル・ウェーファー MOSFET デバイス用 100 〜 500 μm

6インチ超高電圧SiCエピタキシャルウェーハ 100～500μm MOSFETデバイス用

この製品は、6インチN型4H-SiC導電性基板上に、高温化学気相成長法（HT-CVD）技術を用いて成長させた、100～500μmの厚さを持つ高純度、低欠陥の炭化ケイ素（SiC）エピタキシャル層です。

その主な設計目的は、超高電圧（通常10kV以上）炭化ケイ素金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（SiC MOSFET）の製造要件を満たすことです。超高電圧デバイスは、厚さ、ドーピング均一性、欠陥制御など、エピタキシャル材料の品質に対して非常に厳しい要求を課します。このエピタキシャルウェーハは、これらの課題に対応するために開発されたハイエンド材料ソリューションです。

6インチSiCエピタキシャルウェーハ 主要データ

6インチSiCエピタキシャルウェーハ 主な特徴

超高電圧アプリケーションに対応するため、このエピタキシャルウェーハは以下の主要な特性を備えている必要があります。

1. 超厚エピタキシャル層

• 理由：デバイス物理学の原理によれば、MOSFETの遮断電圧（BV）は、主にエピタキシャル層の厚さとドーピング濃度によって決定されます。10kV以上の電圧に耐えるためには、エピタキシャル層は十分に厚く（通常、100μmごとに約10kVの遮断電圧をサポート）電界を空乏させ、確立し、破壊を防ぐ必要があります。
• 特徴：100～500μmの厚さ範囲は、15kV以上の定格電圧を持つMOSFETデバイスを設計するための基盤を提供します。

2. 例外的に精密なドーピング制御

• 理由：エピタキシャル層のドーピング濃度（通常は窒素を使用）は、デバイスのオン抵抗（Rds(on)）と破壊電圧に直接影響します。過剰な濃度は破壊電圧を低下させ、不十分な濃度はオン抵抗を増加させます。
• 特徴：一貫したデバイスパラメータと高い歩留まりを確保するために、厚膜成長プロセス全体で非常に高いドーピング均一性（ウェーハ内、ウェーハ間、バッチ間）を維持する必要があります。

3. 非常に低い欠陥密度

• 理由：エピタキシャル層の欠陥（例：三角欠陥、ニンジン欠陥、基底面転位（BPD））は、電界集中点またはキャリア再結合中心として機能し、早期破壊、リーク電流の増加、または高電圧下での信頼性の低下につながる可能性があります。
• 特徴：最適化された成長プロセスを通じて、基底面転位（BPD）の変換が効果的に制御され、致命的な表面欠陥が最小限に抑えられ、超高電圧デバイスの安定性と長寿命が保証されます。

4. 優れた表面形態

• 理由：滑らかな表面は、その後の高品質なゲート酸化膜成長とフォトリソグラフィプロセスに不可欠です。表面の粗さや欠陥は、ゲート酸化膜の完全性を損ない、不安定な閾値電圧と信頼性の問題につながる可能性があります。
• 特徴：表面は滑らかで、成長ステップのバンチングや巨視的な欠陥がなく、超高電圧MOSFET製造における重要なプロセスステップの理想的な出発点を提供します。

6インチSiCエピタキシャルウェーハ 主な用途

このエピタキシャルウェーハの唯一の目的は、超高電圧SiCパワーMOSFETデバイスを製造することであり、主に、高効率、電力密度、および信頼性を要求する次世代エネルギーインフラストラクチャアプリケーション向けです。

① スマートグリッドと送電

• 高電圧直流（HVDC）送電システム：より効率的で柔軟な電力配分と故障隔離を実現するために、コンバータバルブ内の固体変圧器（SST）および回路ブレーカーで使用されます。
• フレキシブル交流送電システム（FACTS）：グリッドの安定性と電力品質を向上させるために、静止同期補償器（STATCOM）などのデバイスで使用されます。

② 産業用ドライブと大規模エネルギー変換

• 超高電圧周波数コンバータとモータードライブ：鉱業、冶金、化学産業向けの大型モータードライブで使用され、かさばる商用周波数変圧器を不要にし、直接中電圧電源を可能にし、システムの効率と電力密度を大幅に向上させます。
• 高出力産業用電源：例としては、誘導加熱および溶接機があります。

③ 鉄道輸送

• 機関車牽引コンバータ：次世代高速鉄道牽引システムで使用され、より高いDCバス電圧に耐えることができ、それによって伝送損失を削減し、システムの効率を向上させます。

④ 再生可能エネルギー発電とエネルギー貯蔵

• 大規模太陽光発電インバータステーションと風力発電コンバータ：特に中電圧グリッド接続シナリオでは、超高電圧SiC MOSFETはシステムアーキテクチャを簡素化し、エネルギー変換段階を削減し、全体的な効率を向上させることができます。
• エネルギー貯蔵システム（ESS）用電力変換システム（PCS）：大規模グリッドレベルのエネルギー貯蔵システムで使用されます。

関連するSiC製品の推奨事項

1. Q: MOSFETで使用される6インチ超高電圧SiCエピタキシャルウェーハの典型的な厚さ範囲は？
     A: 典型的な厚さは100～500μmで、10kV以上の遮断電圧をサポートします。

2. Q: 高電圧MOSFETアプリケーションに厚いSiCエピタキシャル層が必要なのはなぜですか？
     A: 厚いエピタキシャル層は、超高電圧条件下で高電界を維持し、アバランシェ破壊を防ぐために不可欠です。

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