人工ダイヤモンド製のパワー半導体が秘める可能性

私たちの生活に欠かせないパワー半導体

一般的な半導体に比べて高電圧や大電流を効率よく制御・変換できるパワー半導体は、電気自動車やエアコン、スマートフォンなど幅広い分野で活躍しており、省エネや機械の小型化に大きく貢献しています。私たちの暮らしに欠かせない存在なのですが、従来型のシリコン製は性能面で限界に近づいており、より高性能な材料の開発が課題となっています。そこで注目されているのが、人工ダイヤモンドを使ったパワー半導体です。

実用化のハードルに挑む

ダイヤモンドは熱に強く、電気を効率よく流せる特性を持ちます。これにより高温でも壊れにくく、大きな電力を扱えるパワー半導体の製造が可能になるわけです。また、電気が無駄に熱へと変わるのを抑えるため、さらなる省エネ化や小型・軽量化にもつながります。ただし、実用化は簡単ではありません。まず、半導体では不純物をわずかに加えることで電気の流れを調整しますが、ダイヤモンドは原子同士の結びつきが強く、不純物を取り込みにくいという課題があります。また、半導体は薄い円盤状の基板（ウエハー）の上に回路を形成しますが、基板は大きいほどコストが下がります。ところが、ダイヤモンドでは大口径の基板を製造することが難しいのです。

宇宙、原発、家電にも

近年、こうした課題も解消されつつあります。そう遠くない将来、ダイヤモンドを使ったパワー半導体が実用化されることでしょう。まずは、宇宙・航空分野での活用が期待されます。さらに、原子力発電所の炉内作業用ロボットなど、放射線量が高い環境下での運用も可能になります。電気ロスが少ないため、画期的な発電・送電システムの開発にもつながるでしょう。
一方で、家電製品や電気自動車などのような身近な製品に使われるようになるには、まだ時間がかかりそうです。コストが大きな壁となっており、次の世代で技術のブレークスルーが生み出されることが期待されます。

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九州工業大学大学院生命体工学研究科生命体工学専攻准教授渡邉晃彦先生

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電力工学、電子・電気材料工学

先生が目指すSDGs

メッセージ

高校の教科を学ぶことが「勉強」だと思っていませんか。しかし、「本当の勉強」は教科の外にもあります。「こんなモノがあればいいな」と考えたり、「社会ではなぜこんなことが起こるのだろう」と疑問を持ったりして、それに向かって真剣に取り組むことも立派な勉強です。むしろ、そうした挑戦こそが、あなたをひと回り成長させてくれます。その過程で、高校で学ぶ内容の大切さに気づくことも多いでしょう。教科書だけにとどまらず、視野を広げ、自分にとって挑戦しがいのあるものを見つけてください。

九州工業大学に関心を持ったあなたは

九州工業大学大学院生命体工学研究科は、北九州市若松区の北九州学術研究都市内に2001年に開学しました。生命体工学という新しい分野を創成し、生物の持つ、省資源、省エネルギー、環境調和、人間との親和性等の優れた構造や機能を解明し、それを工学的に実現し応用することのできる技術者や研究者の育成を目標としています。また、本研究科では様々なプロジェクトに取り組んでおり、ロボットによるサッカー競技会への参加やトマト収穫ロボット競技会の企画等を通じて、「自然とロボットのあり方」について研究を進めています。