ダイヤモンドパワーデバイス

ダイヤモンド半導体の利点

パワーデバイスは、自動車・鉄道・発送電・工場設備など社会インフラにおいて、電力変換に用いられるキーデバイスであり、さらなる低電力損失化が必要です。このパワーデバイスには、現在シリコン(Si)が用いられていますが、物性的な性能限界に近付いております。

そこで本研究室では、Siの代わりに高い絶縁破壊電圧、高移動度などを持つダイヤモンドに置き換えることで、パワーデバイスの低損失化を目的として、ダイヤモンドパワーデバイスの研究を行っております。これまでに世界で初めてダイヤモンドによる接合電界効果トランジスタ(JFET)の開発に成功しました。

ダイヤモンドの利点の図説

ダイヤモンド接合電界効果トランジスタ(JFET)

JFETは代表的なパワーデバイスのひとつでありながら、イオン注入によるn型ダイヤモンド形成が難しい為、今までダイヤモンドJFETの作成には成功していませんでした。本研究室では、産業技術総合研究所と共同研究を行い、n型ダイヤモンドの選択成長を利用したJFET作製技術を開発し、デバイス動作させることに成功しました。動作性能について、1,000,000倍を超える高いオン・オフ比、鋭いサブスレッショルドスロープを示す事を確認しました。更にリーク電流は1000兆分の1アンペアオーダーという非常に低いレベルに留まりました。低いリーク電流はワイドバンドギャップ(5.5 eV)に起因しており、ダイヤモンドデバイスの特長のひとつです。またパワーデバイスは高温環境下での動作も必要となりますが、開発したJFETは400℃以上でも動作することを実証しました。

作成したデバイス
ダイヤモンドJFETのデバイス構造図
作成したデバイスのVd-Id特性
作成したJFETの特性