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» 2018年05月02日 10時30分 公開

究極のパワーデバイスにまた一歩:金沢大など、ダイヤの高速異方性エッチング技術を開発

金沢大学は2018年5月1日、産業技術総合研究所(産総研)との共同で、ダイヤモンドの高速・異方性エッチング技術を開発したと発表した。ダイヤモンドは究極のパワーデバイス材料であり、同技術によって超低損失なダイヤモンドパワーデバイスの開発に貢献するという。

[松本貴志,EE Times Japan]

 金沢大学は2018年5月1日、産業技術総合研究所(産総研)との共同研究により、ダイヤモンドの高速・異方性エッチング技術を開発したと発表した。ダイヤモンドは究極のパワーデバイス材料であるとされ、同技術によって超低損失なダイヤモンドパワーデバイスの開発に貢献するという。

プラズマを用いず、ニッケルの炭素固溶反応に着目

同技術を用いて穴をあけた単結晶ダイヤモンド 出典:産業技術総合研究所

 ダイヤモンドは、SiC(炭化ケイ素)、GaN(窒化ガリウム)、Ga2O3(酸化ガリウム)などのワイドバンドギャップ半導体の中でも、最大の絶縁破壊電界とキャリア移動度、熱伝導率を有しており、このことからダイヤモンドは究極のパワーデバイス材料として期待されている。

 しかし、ダイヤモンドは硬度と化学的安定性が非常に高いため、ダイヤモンドにエッチングを行いデバイス構造を作ることは困難だという。現在の主流手法であるプラズマプロセスはエッチングが低速である上に、エッチング面近傍にプラズマ起因のダメージが発生しデバイス性能が劣化する課題があり、このためダイヤモンドを高速にエッチングできる非プラズマプロセスの開発が望まれていた。

 そこで同大学らは、高温水蒸気雰囲気下でニッケルに炭素を溶け込ませる「炭素固溶反応」を用い、世界最速の異方性ダイヤモンドエッチンングプロセスを開発した。

左:トレンチ構造を形成した単結晶ダイヤモンド基板 右:トレンチ構造の上面図と断面模式図 出典:産業技術総合研究所

 同技術では、高温水蒸気雰囲気を用いることでニッケル表面を酸化させる。ニッケル中の固溶炭素は、酸化ニッケルとの酸化還元反応により二酸化炭素および一酸化炭素として排出されることでニッケル中の炭素の不飽和状態が維持され、高速かつ継続的なダイヤモンドのエッチングが可能となった。

 また、高温水蒸気は酸素とは異なりダイヤモンドを直接エッチングする作用がないため、同技術ではニッケルと接する部分のみを選択的にエッチングでき、プラズマを用いないためプラズマダメージも発生しないメリットがある。

同技術のメカニズム(クリックで拡大) 出典:産業技術総合研究所

 同大学らは、同技術を用いてダイヤモンドのトレンチ構造を形成することで、低損失かつ高耐圧の縦型トレンチゲートダイヤモンドパワーデバイスが実現できると見込む。また、ダイヤモンドの平たん化や切断などの加工プロセスへの応用も期待するとしている。

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