ダイヤモンドで作る半導体の可能性

半導体の新たな材料

デジタルデバイスや電気機器などに使われている半導体は、シリコンから作られることが一般的です。シリコンは安価で手に入り、半導体の製造コストが抑えられる半面、これ以上性能を伸ばすことは難しいとされています。そこで、より高い効率性とパワーをもつ半導体材料としてSiC（シリコンカーバイド）やGaN（窒化ガリウム）が注目されています。現在は一部の家電製品にも使われるようになりましたが、さらに次世代の半導体材料として研究されているのがダイヤモンドです。

より大きなウエハーを作る

ダイヤモンド半導体は、これまでにない電気特性だけでなく、非常に頑丈で優れた耐熱性も持ち合わせています。高温環境にあっても性能をキープできるため、電気自動車や人工衛星などへの応用も期待されています。半導体はウエハーという薄い基板の上に作られます。ウエハーは材料を単結晶化させた塊から作りますが、一度に作るウエハーをいかに大きくするかが実用化の鍵を握っています。現在シリコンウエハーは直径200～300mmまで大きくできますが、ダイヤモンドはまだ3～4mm程度です。

未来の暮らしや環境のために

より大きなダイヤモンドのウエハーを作るために役立てられている学問が結晶工学です。ダイヤモンドが結晶化するプロセスをさまざまな機器を用いて解析し、原子の動きに至るまで明らかにしていきます。また、結晶を作るには「種結晶」というものが使われますが、これを原子レベルまで平らに磨き上げ、キズや汚れのない状態にする研磨技術の開発も行われています。ほかにも半導体の特性を解析するには電気に関する知識も必要であり、分野を横断した総合的な知見が求められます。
ダイヤモンド半導体に限らず、より高効率な半導体を作ることは、電力変換のロスを低減し、余分な熱を排出しないことにもつながります。持続可能な未来の暮らしや環境のためにも、半導体材料研究のさらなる発展が望まれます。

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先生情報 / 大学情報

長岡技術科学大学工学部/工学研究科機械工学分野准教授會田英雄先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

結晶工学、機械工学

先生が目指すSDGs

メッセージ

サファイヤやダイヤ、ルビーなどは宝石の代表格として知られていますが、実は工業分野でも広く使われています。例えばLED照明は、サファイヤがないと作ることができませんし、身の回りにあるほかの家電製品にも使われているので、ぜひ調べてみてください。
こうした工業用宝石は人工的に作られています。希少な材料だけに大量生産は簡単ではありませんが、そこにチャレンジ精神を発揮できる魅力があるともいえます。この分野では日本が世界をリードしている点も多くありますので、ぜひ興味をもち、探究してほしいです。

先生への質問

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長岡技術科学大学は、大学院に重点を置き、実践的な技術の開発を主眼とした教育研究を行う工学系の大学として、新構想のもとに設置され、実践的・創造的な能力を備えた国際的に通用する指導的技術者・研究者の養成を行い、これらを通じて社会との連携を図ることを基本理念としています。
大学はまた、勉学の場であると同時に人間形成の場でもあります。美しい豊かな自然に恵まれた環境と、国内はもとより世界の各地から集う学生たちが豊かな人間性を養い、創造性とチャレンジ精神を求め、友情を育む潤いのある大学生活の場があります。