半導体を革新するカギは新材料とナノの世界にあり!

「より小さく」が性能を向上
現代の社会を支えるほとんどの機器には半導体が使われています。その性能向上をめざして、次世代の半導体材料が求められています。
研究が進められているのが、半導体素子をナノサイズで作り上げる微細加工技術です。半導体デバイスは、同じ面積にいかにたくさんの素子を詰め込めるかが性能向上のカギを握ります。そのため、素子の土台となる半導体材料はナノメートル(10-9m)というサイズで作る必要があります。最先端の半導体製造は現在「2ナノメートルプロセス」の時代に突入しています。
注目の新材料は
次世代の半導体材料として注目を集めているものとして、ダイヤモンド(C)や酸化ガリウム(Ga₂O₃)が挙げられます。これらのワイドバンドギャップ半導体は、従来のシリコン(Si)や炭化ケイ素(SiC)を超える高耐圧・高効率特性を備えており、極限環境下で動作するパワーデバイスへの応用が強く期待されています。電気自動車やAIのデータセンターなど、以前よりも大きな電流・電圧が必要な機器が増え、それに伴い発熱量が膨大になっており、そうした条件でも性能を維持できる半導体材料が求められているのです。また、ダイヤモンドは高い周波数での動作が可能で、通信機器への応用も期待されています。
微細加工技術でデバイスを作る
ダイヤモンドの微細加工技術はまだ開発段階で、ナノスケールの微細化だけでなく、立体構造の形成などさまざまな研究が行われています。また、「シンクロトロン光」という放射線を照射して、ダイヤモンドや酸化ガリウムの結晶構造を解析することで、ウエハ品質の向上やデバイスの長寿命化に向けた取り組みも進められています。これらの取り組みによって、脱炭素社会の実現を支える次世代パワーデバイスの実用化が大きく加速すると期待されています。
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