SiC（炭化ケイ素）基板は、半導体材料として高い耐熱性、広いバンドギャップ、高い絶縁破壊電界強度などの特性を持ち、特にパワーエレクトロニクス分野で重要視されています。その優れた物理的特性により、SiC基板は高電圧・高温環境でのデバイス用途に適しており、従来のSi基板に比べて大幅なエネルギー効率向上が期待できます。ゆえにTEGチップなどのテストチップ関連においても利用が拡大中です。

1)SiC基板の主な特性

1. 広いバンドギャップ（約3.26 eV）

   • 高温動作が可能で、Si（1.12 eV）に比べてリーク電流が抑えられる。

2. 高い絶縁破壊電界強度（約3 MV/cm）

   • 高電圧耐性を持ち、デバイスの小型化と高効率化に寄与。

3. 高い熱伝導率（約3.3 W/cm・K）

   • Si（約1.5 W/cm・K）よりも熱拡散性が高く、発熱の大きいパワーデバイスに適用可能。

4. 耐放射線性・耐化学性に優れる

   • 宇宙用途や過酷な環境下での電子デバイスにも利用可能。

2)GaN（窒化ガリウム）との比較

SiCと同様に、GaNも次世代パワーデバイス材料として注目されていますが、それぞれ特性に違いがあります。

特性	SiC	GaN
バンドギャップ	約3.26 eV	約3.4 eV
絶縁破壊電界強度	約3 MV/cm	約3.3 MV/cm
熱伝導率	約3.3 W/cm・K	約1.3 W/cm・K
電子移動度	約900 cm²/Vs	約2000 cm²/Vs
高周波特性	優れているがGaNに劣る	非常に優れる
コスト	高価	比較的安価

• SiC　高電圧・高温環境に強く、パワーエレクトロニクス向けに最適

• GaN　高周波特性に優れ、RFデバイスや5G通信向けに適している

3)SiC基板へのメタライズの必要性

SiC基板を用いたデバイスには、電極形成のために金属膜の成膜（メタライズ）が不可欠です。しかし、SiCは化学的に安定しており、金属との接合が難しいため、適切なメタライズプロセスが求められます。

1. オーミックコンタクトの形成

   • SiCは高いバンドギャップを持つため、低抵抗のオーミックコンタクトを形成するには、Ni、Ti、Alなどの適切な金属の選択が重要。

   • アニーリング処理によって金属とSiCの反応を促進し、コンタクト抵抗を低減。

2. 密着性の向上

   • SiCは硬くて化学的に安定なため、直接の金属成膜では密着性が悪くなることがある。

   • TiやCrなどの下地層を導入し、金属膜の密着性を向上させる手法が用いられる。

3. 高温環境での安定性確保

   • SiCデバイスは高温環境での動作が求められるため、金属電極も耐熱性を持つ必要がある。

   • WやMoなどの高融点金属の使用や、耐酸化性を考慮した金属積層構造が重要。

まとめ

SiC基板は優れた物性を持ち、次世代のパワーデバイスや高周波デバイスに欠かせない材料ですが、電極形成のためには適切なメタライズ技術が求められます。特に、オーミックコンタクトの低抵抗化、金属膜の密着性向上、高温安定性の確保が重要な課題となります。また、GaNと比較した場合、SiCは特に高電圧・高温用途に適しており、今後の技術開発が進むことでさらなる普及が期待されます。