炭化ケイ素の定義

炭化ケイ素（SiC）は、耐火物やセラミックスの用途で研磨材や耐摩耗材料として広く使用されているほか、発光ダイオード（LED）の半導体基板としても使用されている、合成的に製造された硬い結晶性化合物である。

EFM半導体はまた、電気自動車（EV）用パワーデバイスに見られるような高電圧環境において、従来のシリコン半導体を凌駕し、電圧と電流の損失を最小限に抑えることで優れた性能を発揮するとともに、サイズと重量を減らしながらバッテリー管理に不可欠なコンポーネントを小型化・軽量化する。

炭化ケイ素

炭化ケイ素は、ケイ素と炭素からなる不活性なセラミック化合物である。モース硬度は9で、炭化ホウ素（9.5）、ダイヤモンド（10）に次いで第3位です。炭化ケイ素は化学的に不活性でありながら機械的耐久性が高く、工作機械のような硬い表面を保護する用途に最適です。

純粋なカーボンナノチューブは、4つの炭素原子を4つの炭素四面体に配列し、ケイ素結合によって共有結合している。この配列により、さまざまな結晶構造と相を持つ多形性が可能になる。

SiCの結晶構造は、電子アプリケーションに不可欠なワイドバンドギャップ半導体（WBG）特性などの優れた電気特性をもたらします。バンドギャップが大きいと、電子の軌道離脱が速くなるため、従来のシリコン・デバイスよりも高い周波数と素早い動作が可能になる。

シリコンをベース材料として、窒素、リン、ガリウム、ホウ素、アルミニウムをドープしてn型半導体を製造することができる。さらに、シリコンを使わないトランジスタは、コストと消費電力を40%も削減できる。

炭化ケイ素（SiC）は300℃まで動作可能であり、電気自動車モーターのような高温環境下でのアプリケーションに最適な材料です。SiCは、重量、コスト、複雑さを増す能動的な冷却システムの必要性を排除することができ、電気自動車の航続距離の延長と充電時間の短縮につながります。

半導体

炭化ケイ素は、そのユニークな電気的特性により、エレクトロニクス分野で非常に有用であることが長い間認識されてきた。半導体は、導体（銅の電気配線のようなもの）と絶縁体（これらの配線を覆う高分子絶縁体）のように交互に作用し、集積回路、ダイオードやトランジスタのようなディスクリート電子部品を構成するのに使われる半導体材料を構成している。

炭化ケイ素は、バンドギャップが非常に広いという点で、従来の半導体とは一線を画しています。これは、価電子帯から伝導帯に電子を移動させるのに、より多くのエネルギーを必要とすることを意味する。その結果、炭化ケイ素は非常に低い電力損失を誇り、電気自動車のトラクション・インバータのような高電圧アプリケーションに使用される場合、非常に貴重な品質となる。

炭化ケイ素は、ブラスト・グリットやカーボランダム印刷用工具から熱工学、電気工学、機械工学の用途に至るまで、産業界や学術界の様々な用途に長い間利用されてきた。しかし近年、その低熱膨張率、高強度対硬度比、過酷な環境に耐える能力により、需要が急増している。

セラミック

ケイ素と炭素の組み合わせにより、機械的、化学的、熱的特性に優れた魅力的な素材が生まれる。モース硬度はダイヤモンドの2倍と非常に硬く、耐熱衝撃性にも優れています。

セラミックとは、無機質の非金属材料のことで、未焼成の状態では非常に柔軟であるが、焼成工程で著しく硬化する。セラミックにはさまざまなカテゴリーがある：

セラミックスは主に耐火物として使用され、熱や化学的な摩耗や腐食に対する耐性を提供する無機材料である。セラミックスには様々な形や色があり、あらゆる産業で使用されている。バイオセラミックスの重要な用途には、防火、超伝導、細胞の生物学的反応の誘導などがあります。生物活性セラミックスは、もともと生物活性を有している場合もあれば、表面処理やセラミックスの細孔に薬学的に活性な物質を充填することによって、生物活性を持たせることもできます。炭化ケイ素は、自動車のブレーキ・ディスクに広く使用されている。このディスクは、摩擦と排気ガスを大幅に低減する一方で、重量、複雑さ、コストを増加させる能動的な冷却システムを必要とせず、高温に耐えることができる。さらに、炭化ケイ素は多くの研磨材や切削工具の基礎となっている。

自動車

炭化ケイ素（SiC）は、モース硬度でアルミナ（9）とダイヤモンド（10）の中間の9位にランクされる非常に強靭な物質である。炭化ケイ素は、1891年にアメリカの発明家エドワード・アチソンが人工ダイヤモンドを製造しようとして初めて人工的に合成したが、その代わりに炭素とアルミナを電気的に加熱した融液の中に炭化ケイ素の小さな黒い結晶を発見し、これを粉砕して工業用研磨剤の粉末にした。ノーベル賞を受賞した化学者アンリ・モワッサンは、1905年にこの化合物がモアッサナイトと呼ばれる透明な鉱物として自然に存在することを発見した。

炭化ケイ素のユニークな原子構造と半導体特性は、ダイオード、トランジスタ、パワーデバイスなどの電子用途に理想的です。従来のシリコンの10倍の耐電圧性を持ち、1000Vを超えるシステムではさらに優れた性能を発揮するため、電気自動車（EV）の充電ステーションやエネルギー管理システムに関連する高電圧の要求を満たす理想的な材料となっている。

SiCは、スイッチング効率を大幅に向上させるとともに、DC/DCコンバーター、車載充電器、バッテリー管理システムなど、EVに不可欠なコンポーネントの小型・軽量化にも貢献する。このような進歩により、排出ガスのない自動車が大量導入に近づく可能性がある。GlobalDataの分析では、技術ベンダーや既存の自動車企業から新進気鋭の新興企業まで、革新的なソリューションに炭化ケイ素を使用する10社以上の企業が特定されています。