研究開発された技術紹介

環境対策・省エネ社会の本格到来により、次世代自動車・鉄道等に搭載するパワーデバイスでは更なる高効率・低コスト化が必要である。本研究ではパワーデバイスとして期待されるSIC(炭化ケイ素)の単結晶基板を、独自の真空成膜技術により従来に比べ低温・高速成長で低コスト・高品質化を実現する。これにより成膜プロセスの電力使用量を従来の30%低減目標にし、我が国の大幅な世界シェア拡大及び地球環境保護に努める。

既存法に比べ、低温でありながら高品質にSiC基板および単結晶膜を作成する新しい成膜手法を用いることにより、高効率・低コストなパワーデバイス素材(SiC単結晶)の成膜技術を開発する
(新技術)
・革新的成膜技術を開発する
・温度環境:1,000℃
・欠陥密度を30%に低減
・高効率・低コスト
(新技術の特徴)
・成膜時の基板表面におけるマイグレーションポテンシャルを制御する
・成膜条件に適した材料ガスが選定可能である
・高熱効率設計装置内温度分布・ガス流量制御機構をシミュレーション可能である

・シミュレーションによる装置の最適化・各条件中での最適原材料ガス選定の実用化技術を確立
・低温で膜中に含まれるSi-HやC-Hが無くなりSiCの高純度化を実現(単結晶はまだだが、一部4H-SiC結晶が出来始めている)
・派生技術として低温でコンフォーマルなアモルファスSiC成膜が可能

・派生技術としてプラズマを用いない、低温領域での熱CVDによるアモルファスSiC成膜
・この技術を応用した各種材料への低温でコンフォーマルなコーティング

・SiC単結晶は、試作品未完成の状況で、商品レベルの試作品を提供し、市場競争力を得るには当初計画通り今しばらく時間がかかる
・ただし、派生技術であるアモルファスSiCは、試作品提供して顧客評価が可能な段階にきている

・高効率で低コスト、新規材料ガスによる低温でコンフォーマルなアモルファスSiC膜の形成技術を開発
‐新規材料ガスをスクリーニングし、計算により最適化した材料ガスの試験成膜を行い、実証試験を実施した
‐鉄鋼材料など耐腐食性・耐熱性を必要とするアプリケーション向けへのコーティングを行った
‐プラズマを用いず、微細構造への埋め込みや複雑形状への応用を可能としている
・新規化学材料の提案により、研究開発の時間短縮・コスト低減に寄与
‐化学材料の構造について、第一原理計算による結合エネルギー計算シミュレーション等によりスクリーニング、最適化、および試験成膜を行い研究開発の時間短縮やコスト低減に寄与する

・低温領域でのSiC単結晶製造は、当初事業化計画の平成27年に向けて鋭意開発継続中である
・最難関の試料加熱部についてはいくつかのアイデアが出されてきておりブレイクスルーが期待される
・商品レベルの試作品を提供し、市場競争力得られるよう当初計画通り進めていく
派生技術として出てきたアモルファスSiCは、川下企業にサンプル提供可能なレベルに達しており、今後、実証試験を
すすめ、1～２年後を目処に事業化を進めていく