FAQ|株式会社同人産業|シリコン・サファイア・SiC・GaNなど半導体材料を加工も含めてご提供します。

FAQ

よくあるご質問

Q.シリコン特性データはありますか?

A.下記の通りです。

シリコン特性データ
基本特性 化学組成 Si
結晶製法 CZ、FZ
結晶構造 等軸晶系ダイヤモンド型
金属光沢
機械特性 比重 2.329g/cm3(25°C)
モース硬度 7
ヌープ硬度 1,150kg/mm2
曲げ強度 ~300MPa(25°C)
圧縮強度 5,000~7,000kg/cm2
ヤング率 190GPa
ポアッソン比 0.27
熱特性 融点 1,420°C
熱膨張係数 4.15x10-6/°C(10~50°C)
熱伝導率 0.39cal/cm sec°C(40°C)
比熱 0.168cal/g°C(25°C)
最高使用温度 1,300°C
光学特性 反射損失 46.1%(10µ)
透過波長域 1.2~15.0µ
電気特性 体積固有抵抗 4Ω・cm(25°C)

Q.サファイア特性データはありますか?

A.下記の通りです。

サファイア特性データ
基本特性
Basic Characteristics
化学組成
Chemical Composition
Al2O3
結晶製法
Crystal Manufacturing Method
Kyropulos(キロプロス法)
結晶構造
Crystallographic Structure
六方晶系
Hexagonal System

Color
透明
Clear
機械特性
Mechanical Characteristics
比重
Reference Density
3.98g/cm3(25°C)
モース硬度
Mohs Hardness
9
ヌープ硬度
Knoop Hardness
1.670~2.000Kgf/mm2(C面垂直)
C perpendicular to Caxis
1.525~1.660Kgf/mm2(C面平行)
C parallel to Caxis
曲げ強度
Flexural Strength
700MPa
引張強度
Tensile Strength
2300MPa
圧縮強度
Compressive Strength
3000MPa
破壊係数
Fracture Coefficient
5,000~7,000kg/cm2
ヤング率
Young's Modulus
470GPa
ポアッソン比
Poisson's Ratio
0.32~0.36
熱特性
Thermal Characteristics
融点
Melting Point
2,040°C
熱膨張係数
CTE
6.7x10-6/°C(C面垂直)
C perpendicular to Caxis
5.0x10-6/°C(C面平行)
C parallel to Caxis
熱伝導率
Thermal Conductivity
0.181cal/gm°K(25°C)
比熱
Specitic Heat
0.418W/m/K(@100°C)
光学特性
Optical Characteristics
屈折率(n0)
Index of Reflection
1,769(C面垂直)
(λ=589.3nm) 1,760(C面平行)
透過波長域
Optical Transmission
150~5,500nm
電気特性
Electrical Characteristics
誘電率
Dielectric Constant
11.5(103~109Hz、25°C)(C面垂直)
C perpendicular to Caxis
9.3(103~109Hz、25°C)(C面平行)
C parallel to Caxis
体積固有抵抗
Volume Resistance
1016Ω・cm(25°C)
1011Ω・cm(500°C)
106Ω・cm(1000°C)
耐電圧
Dielectric Strength
480,000V/cm

Q.サファイアの分光特性データはありますか?

Q.GaNバルクのHVPE製法とは?

A.GaN結晶製造方法は気相法と液相法に大別され、気相法としてはHydride-Vapor Phase Epitaxy(HVPE)が、液相法としては水晶や酸化亜鉛(ZnO)結晶の合成法として実績のある水熱合成法を展開した安熱合成法(アモ ノサーマル法)や、フラックス法などがあります。
現状ではHVPE法がGaN基板の作製法として最も一般的に用いられています。原料に金属ガリウム(Ga)と塩化水素ガス(HCl)の反応で生成される塩化ガリウム(GaCl)とアンモニアガス(NH3)を用い、キャリアガスとともに反応炉に供給し、種基板上にGaN結晶を堆積させることができます。HVPE法の特徴は、異種基板上へのGaN結晶成長が可能なことと、成長速度が数百μm/hと速いことであります。

Q.SiC基底面転位(BPD)とは?

A.基底面転位(Basal Plane Dislocation)とは文字通りSiC単結晶の基底面である(0001)面(=c面)に存在する転位のことである。広義の基底面転位には、バーガースベクトルb=<11-20>/3の完全転位、bにc成分を含むフランク欠陥の部分転位や、積層欠陥と完全結晶の境界に存在する部分転位など様々な種類がある。しかし単に基底面転位と呼んだ時はb=<11-20>/3の転位を指すことがほとんどである。b=<11-20>/3の基底面転位はバイポーラデバイスで順方向に電流を流すとショックレイ型の積層欠陥を形成しながら拡張し、デバイスの順方向特性が劣化する。したがって、この基底面転位をバーガースベクトルが同じで、デバイスに与える悪影響の小さい貫通刃状転位へと変換する技術は非常に重要であり、精力的に研究がおこなわれている。

Q.エピタキシャル成長とは?

A.単結晶基板上に結晶方位が揃った単結晶の薄膜を成長させる方法のことです。 代表的な気相エピタキシャル成長法として、MOCVD法、MBE 法、HVPE法があります。

MOCVD法(有機金属気相成長:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)
有機金属化合物蒸気から結晶を成長させる方法です。(MOVPE法ともいわれます)。 LEDを構成する金属にメチル基(-CH3)を付けると、常温で高い蒸気圧を有する液体または固体の有機金属材料が得られます。この有機金属材料蒸気と水素化物ガスを加熱した基板上に吹付け、熱分解させて半導体結晶を成膜します。

MBE法(分子線結晶成長法:Molecular Beam Epitaxy)
超高真空中で材料を加熱蒸発させ、蒸発分子の飛散方向をそろえたジェット流(分子線)を加熱した基板上に照射して結晶成長させる方法です。

HVPE法(ハイドライド気相成長法:Hydride Vapor Phase Epitaxy)
高温で気体状の塩化物ガスから結晶を成長させる方法です。LEDを構成する金属材料の塩化物ガスと非金属材料の水素化物ガスを基板上で反応させ、半導体結晶を成膜します。

Q.LTおよびLN結晶のブラック処理とは?

A.LT(タンタル酸リチウム)、LN(ニオブ酸リチウム)は主に携帯電話向け表面弾性波(SAW:Surface Acoustic Wave)フィルター用の基板として用いられている。但し、LT、LNの高い光透過性および高い焦電特性は、SAWデバイス製造プロセスに多くの不都合をもたらす。特に、スマートフォン用高周波デバイスの開発では、LT携帯電話用弾性表面波デバイスの量産において、デバイスの小型化、薄型化、細線化、高透過率、高放電放熱性が課題となっている。SAWデバイスの製造において、高い焦電係数は、ウェハーの表面上に多量の静電荷を形成し易くする。静電場が十分に高い場合、静電気放出はウェーハに損傷を与え易く、櫛形電極を燃焼させやすくなる。デバイスの周波数が高いほど、ウェーハの表面電極を焼き込みやすくなり、デバイスの歩留まりが低下する。また、熱処理されていないLT、LNウェーハは、高い透磁率を有しており、フォトリソグラフィーを行うと、材料の光透過率がウェーハ裏面の部分拡散反射を引き起こし、リソグラフィー精度が低下し、品質に影響を及ぼす。
これらの問題を考慮して、LT、LNには焦電性抑制、基板強度向上、温度変動に対するSAW特性変動抑制が要求されており、還元処理や、ドーパンド添加による改善が図られている。還元処理にて酸素空孔を形成することにより基板の抵抗を下げ、焦電性を抑制させている。この高温前処理(還元処理)は、LT、LNウェハーの酸素欠損濃度を増加させ、酸素欠損濃度はF +の色中心を形成し、LT、LNウェーハが白から黒または赤褐色に変化するため、この前処理方法は還元ブラック処理とも呼ばれる。
一方、LT、LNは脆性材料であるため、基板の強度向上が求められている。LTに関してはFeをドープすることで改善がみられることが確認されている。Fe添加LT結晶は還元処理により赤褐色から黄緑色に変化する。(Yellow-LTと言う)

還元処理参考情報:無酸素真空1000Pa以下、500-600℃、高濃度リチウム化合物雰囲気、5~10時間

Q.第三世代の半導体材料 - SiC、GaN

A.半導体材料は、開発の3つの段階を経ています。第1世代はシリコン(Si)およびその他の基本機能材料です。第2世代は、ガリウムヒ素(GaAs)とリン化インジウム(InP)を含む2つ以上の元素で構成される化合物半導体材料です。第3世代は、窒化ガリウム(GaN)や炭化ケイ素(SiC)などの広帯域化合物半導体材料に代表されます。

台湾メーカーのGlobal Waferはすでに6インチGaN on Siの大量生産能力を持っています。SiC上のGaNは現在4“のみです。同時に、SiCの生産能力も認証取得中です。また、Episil-Precisionは、4インチ、6インチの炭化ケイ素エピタキシー、および6インチの窒化ガリウムエピタキシーの大量生産能力を備えています。

高コストに加えて、基板の難易度や材料端でのエピタキシーにより、関連する化合物半導体材料を大量に生産することができず、市場での供給は依然として不十分です。 GaN on Siプロセスは、シリコンウェーハ基板上に窒化ガリウムエピタキシーを成長させるものですが、2つの結晶格子が一致しないため、プロセス中に反りが発生しやすく、基板のシリコンウェーハも特別に製造する必要があります。

炭化ケイ素は、炭化ケイ素ウエハーの製造に使用される原材料によって制限され、それらのほとんどは海外から輸入される必要があります。しかし、ますます多くの国が炭化ケイ素材料を戦略的資源と見なし、輸出管理を採用しており、台湾の工場の原材料の取得に大きな圧力をかけています。一方、炭化ケイ素は結晶成長時間が長く、プロセスの難易度が高いため、量産の難しさの一つでもあります。

窒化ガリウムの用途には、5G基地局、携帯電話、電源、電気自動車などの3つの主要分野が含まれます。今後2、3年は窒化ガリウム関連材料が徐々に増加する転機となるでしょう。大手ファウンドリ企業であるTSMCの社長、Wei Zhejia氏も、GaNのアプリケーションの展望について楽観的であり、将来的に広く使用されることが期待されています。

窒化ガリウムと比較して、炭化ケイ素は高温および高電圧に対する耐性が高く、過酷な環境に適しています。アプリケーションには、無停電電源システム、スマートグリッド、電源などの高出力アプリケーションが含まれます。最近、電気自動車やハイブリッド電気自動車の開発に伴い、新エネルギー車の分野で炭化ケイ素材料が急速に登場し、モデル3の電気自動車のインバーターにテスラが主導してSiC MOSFETコンポーネントを採用しています。 MOSFETは電気自動車の分野で議論を巻き起こしました。

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