Resonac Holdings与日本东北大学研究生院工学研究科从2024年起，便开始了以硅晶圆制造过程中的废弃物（硅渣）和二氧化碳（CO₂）为原料制造碳化硅（SiC）粉末，用作功率半导体SiC单晶生长原料的基础研究，目前基础研究已完成，双方正式启动了面向实际应用的全面研究。该技术实用化后，SiC功率半导体不仅可以作为产品节能，在其制造过程中也能实现CO₂减排、硅渣及CO₂的再资源化，从而有望在整个产品周期内降低环境负荷。
硅渣与CO₂的再资源化示意图（供图：Resonac Holdings Corporation）
CO₂的减排和有效利用已成为全球性课题。特别是在制造业，减少生产过程中的CO₂排放乃当务之急，同时还需推进废弃物的再资源化。半导体和太阳能电池板不可或缺的硅晶圆，切割时产生的硅渣作为工业废弃物被大量废弃，其再资源化亟待推进。
为此，日本东北大学正在推进CO₂与硅渣反应合成SiC的研究。通过CO₂与固体反应产生的矿物来实现碳循环的技术，可将硅渣与CO₂再资源化，创造出有价值的SiC原料，该技术作为替代传统高能耗工艺的低环境负荷技术而备受期待。
Resonac正在制造一种在SiC单晶基板上生长外延层的SiC外延晶圆。SiC外延晶圆是用于电动汽车（EV）及功率半导体器件的重要材料。与传统的硅（Si）晶圆相比，SiC外延晶圆制作的器件在转换电力时的电力损耗和热量更少，可贡献于节能。然而，SiC的合成需要高温和高电力，降低制造过程中的环境负荷成为一项课题。
为解决此课题，Resonac与日本东北大学于2024年，启动了将硅渣和CO₂为原料制成的碳化硅（SiC）粉末，用作功率半导体用SiC单晶材料生长原料的基础研究。东北大学在碳循环实证研究基地，通过微波加热硅渣与CO₂来合成SiC粉末，Resonac则将该SiC粉末应用于SiC单晶基板。
由于已经通过基础研究掌握了晶体特性等，双方决定正式推进面向应用的全面研究。
据估算，若该技术得以实用化，每100吨SiC粉末的CO₂减排效果将达到110吨当量，有望为推动可实现节能与CO₂减排的SiC功率器件的进一步普及做出重大贡献。
Resonac器件解决方案事业部SiC统括部技术开发部的保坂祥辉课题负责人表示：“Resonac在制造在SiC单晶基板上生长外延层的SiC外延晶圆方面，实现了世界最高水准的品质。与此同时，近年来，在8英寸大口径SiC外延晶圆的技术开发方面也取得了成就。此次利用能够通过CO₂和硅渣制造SiC晶圆的技术，将在供应链与降低环境负荷这两个方面产生重大影响。作为专注SiC外延晶圆的专业制造商，我们多年来积累的技术和知识将在本次合作研究中充分发挥作用，我坚信，合作将使我们更加接近Resonac的使命——‘以化学之力改变社会’更近一步。”
东北大学研究生院工学研究科应用化学专业福岛润助教评论道：“在全球气候变暖对策与减少废弃物成为当务之急的背景下，我校研究团队正在开发将CO₂与硅基工业废弃物资源化的创新性工艺。其最大特点是能够以低能耗将稳定气体CO₂转化为高纯度SiC，有望一举解决废弃物问题和温室气体减排问题。未来，我们将以在电动汽车及可再生能源领域等广泛领域实现应用为目标，通过积累实证研究强化产业竞争力，并为实现2050年碳中和与循环经济提出具体对策。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
