シリコンカーバイド：5つ星の半導体
シリコンカーバイド（SiC）は、高速、高電圧、低消費電力の高性能チップを必要とする用途で使用されています。例えば、電気自動車は、走行距離を最大化するために最小限の電力損失で高電圧を処理する必要があります。また、再生可能エネルギーである太陽光や風力発電システムにおいて、パワーコンバータの性能が電気エネルギー生成の効率にどれほど影響を与えるかを想像してみてください。電力変換でキロワット単位のエネルギーが節約されるたびに、気候変動の緩和に寄与します。SiCはバンドギャップが大きく電子移動度が高いため、半導体のロールスロイスのような存在です。SiCチップは高温、高電圧、高周波での動作が可能であるため、性能と効率が大幅に向上します。また熱伝導率が高く、SiCチップは常に冷却状態を保つことができます。
高性能になると、コストは上昇し、製造工程への要求も厳しくなります。現時点では、SiCチップは生産コストがかなり高いため、高コストに見合う用途でのみ使用されています。「チップ製造の出発材料として、高品質で大口径のSiCウェーハを製造すること自体、非常に複雑な真空プロセスになります。これはレーリー法と呼ばれます。「SiCの粉末を不活性雰囲気とわずかな真空下で溶解・蒸発させ、1〜2週間かけて気相から種結晶に沈着させるのです。」と、VATの産業部門マネージャーのTheresa Tangは説明します。
VATの真空技術でSiC生産工程の効率を向上
上記の課題に対処するために、炉メーカーはSiC結晶成長プロセスの安定性に注目し、不良率を低減して歩留まりを向上させようとしています。しかし、見落とされがちな要素の一つが、真空システムです。圧力の安定性や、真空環境における汚染レベルなどの問題が含まれます。アルコールの蒸留のように、SiC結晶成長では、基板、原材料、システムの浄化のための熱的および化学的前処理工程から、成長工程を分けることが特に重要です。また、SiCウェーハ成長時に設定される圧力は、プロセス中の蒸発速度や堆積速度に大きな影響を与えます。そのため、炉内の圧力を精密に制御し設定することが重要です。VATは、SiCプロセスでの正確な真空制御を可能にする幅広い製品を取り揃えています。
「VAT 61.6シリーズ制御弁は、真空用途における正確なプロセス制御のための主力製品です。高い再現性と精度を必要とする多くの産業や科学者に利用されています。この製品をSiC炉メーカーに紹介したところ、その性能にとても喜んでいただけました」と、Theresa Thangは述べています。事実、この製品の性能は傑出しています。61.6制御弁は、セットポイントの0.1%の安定性で圧力を制御でき、作動速度は0.38秒以下です。この性能を補強するのが、汚染のないVitonのシールで、ほとんど摩耗することなくリークのない閉鎖が可能です。Theresa Thangは61.6制御弁の利点を説明しながら、次のように述べています。「サイクル寿命が25万回なので、炉を使用するお客様はバルブのシールをメンテナンスする必要がほとんどなくなるでしょう。バルブのメンテナンスによるプロセスパラメータの再調整や確認の手間を省きながら、結晶成長を維持できます。」
持続可能な経済を実現するSiCチップをVAT技術で普及
SiC市場での制御弁の成功を基盤に、VATは現在、さらに多くのバルブタイプをSiC炉メーカーに提供しています。ポンプと炉を分離するための12.1ゲートバルブや、26.4アングルバルブシリーズなどがあります。「当社が他社と異なるところは、既製品のバルブを提供するのではなく、お客様のプロセスに適したソリューションを見つけるという、用途中心のアプローチです」と、Theresa ThangはVATがこの業界で成功した理由を説明します。
私たちの地球や気候の未来は、電気自動車の低価格化と普及、再生可能エネルギーからの電力変換の向上、電子機器の電力消費削減にかかっています。SiCチップの生産は、ケイ素に比べればまだ黎明期にありますが、革新的な炉メーカーは、VATのような先進技術プロバイダーの支援を受けながら、プロセスと歩留まりの改善を通じてSiCの生産コストを削減し、生産効率との差を埋めようとしています。VATはこの急成長する気候変動関連産業のパートナーとして、より効率的なSiCチップが広範に活用されるよう支援していきます。