SiCパワーデバイスの劣化抑制に用いられる「MeV（メガ電子ボルト）級」のエネルギー

SiCパワーデバイスの劣化抑制（ピン留め効果）に用いられる「MeV（メガ電子ボルト）級」のエネルギーを得るには、一般的な半導体製造で使われる数keV〜数百keVの装置とは異なる、原子核物理研究の技術を応用した加速器が必要です。

主な2つの方式、**「タンデム加速器」と「シンクロトロン」**の仕組みを解説します。

1. タンデム加速器：1つの電圧で2回加速

「タンデム」とは「直列に並んだ」という意味で、1つの高い正電圧（ターミナル電圧）を2回利用して効率よく加速する仕組みです。産業用SiCウェハへのイオン注入では、この方式が主流です。

1. 負イオンの生成: まずイオン源で、電子を余分にくっつけた**負イオン（$H^{-}$ など）**を作ります。

2. 1回目の加速: 中央にある「正の高電圧ターミナル（数MV）」に向かって、負イオンが引き寄せられ加速します。

3. 電荷変換（ストリッパー）: ターミナル中央にある薄い膜やガスを通過させ、電子を剥ぎ取って**正イオン（$H^{+}$ など）**に変換します。

4. 2回目の加速: 正のターミナルから、今度は反発力（斥力）によって出口側へさらに加速されます。

• 特徴: 直線的な構造で、エネルギーの安定性が非常に高いのがメリットです。

• エネルギー: ターミナル電圧を $V$ とすると、およそ $2V$ 倍（電荷数によってはそれ以上）の MeV 級エネルギーが得られます。

2. シンクロトロン：円形軌道で何度も加速

シンクロトロンは、粒子を円形の軌道（リング）の中に閉じ込め、何度も周回させながら少しずつエネルギーを継ぎ足していく方式です。

1. 入射: 別の加速器（線形加速器など）である程度加速された粒子をリングに入れます。

2. 周回と加速: 電磁石で軌道を曲げながら、リング内にある「加速空洞」を通過するたびに高周波電場でキックを与えます。

3. 同期（シンクロ）: 粒子が速くなるにつれて、軌道を維持するために磁場を強く、キックのタイミング（周波数）を速く同期させていきます。

4. 取り出し: 目的のエネルギー（数百MeV以上も可能）に達したところで、軌道を外してターゲット（ウェハ）へ導きます。

• 特徴: タンデムよりも圧倒的に高いエネルギーを出せますが、装置が巨大（直径十数メートル〜）になります。

• 用途: 主に重粒子線がん治療や、極めて深い位置へのイオン注入（バルク処理など）といった特殊用途に使われます。

3. 仕組みの比較まとめ