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800℃環境でも動作する半導体、筑波大が開発
2023年7月3日 13:02
国立大学法人筑波大学 数理物質系の奥村宏典助教らの研究チームは、800℃を超える厳環境で利用可能できる半導体素子を開発したと発表した。
一般的な半導体に使われているシリコン(ケイ素、Si)を使った半導体は約300℃で動作に異常をきたす。そのため、地下資源掘削や宇宙探索、エンジン周辺部といった300℃を超える環境で動作する半導体には別の素子が求められている。
高温環境下での半導体動作は、絶縁体に近い材料を用いる必要がある。すでに窒化アルミニウム(AlN)結晶を使ったダイオードやトランジスタ動作報告例などがあり、AlN素子が高温体制に優れているという理論予測もある。しかし電気特性を調べる装置の性能上、素子動作が実証できるのは500℃以下に限られていた。
この研究では900℃まで測定できる電気特性評価装置を用いて、優れた結晶品質を持つ独自のAlN試料でダイオードとトランジスタの制作と評価を行なった。この結果、ダイオードは827℃、トランジスタは727℃のでの動作に成功したという。また、この素子に対してニッケル(Ni)電極が827℃でも安定して利用可能に可能であることが分かった。
低価格かつ大面積試料が入手可能なサファイア基板上にAlN層を用いている点と、シンプルな構造の素子で耐熱性を実現したことから、AlN素子は実用性にも優れているといい、本技術は地下開発、鉄鋼、宇宙/航空産業への貢献が期待されるという。
