ダイヤモンド半導体でアンペア級動作を初めて実証：p型ダイヤモンドMOSFETを試作

産業技術総合研究所（産総研）は、本田技術研究所との共同研究において、p型ダイヤモンドMOSFETを試作し、アンペア級の高速スイッチング動作を初めて実証した。今後は次世代モビリティのパワーユニットに搭載し、社会実装に向けた動作検証などを行っていく。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

駆動電流2.5Aで立ち下り19ナノ秒、立ち上がり32ナノ秒を確認

　産業技術総合研究所（産総研）先進パワーエレクトロニクス研究センター新機能デバイスチームの梅沢仁上級主任研究員や牧野俊晴研究チーム長、竹内大輔副研究センター長は2025年3月、本田技術研究所との共同研究によって、p型ダイヤモンドMOSFETを試作し、アンペア級の高速スイッチング動作を初めて実証したと発表した。今後は次世代モビリティのパワーユニットに搭載し、社会実装に向けた動作検証などを行っていく。

　究極の半導体といわれるダイヤモンド半導体は、高いエネルギー効率を実現できるなど、優れた特性を有している。このため、電気自動車や再生可能エネルギーなどさまざまな分野での応用が期待されている。ただ、半導体材料としてダイヤモンドを用いるには、結晶成長や加工が難しいという課題があった。また、実用化に向けては、アンペア級の大電流を扱いながら高速のスイッチング動作を可能にする必要があった。

　研究グループは今回、大電流化のために従来よりもサイズが大きい基板を用い、並列動作を可能にする配線技術を開発した。具体的には、ハーフインチサイズの単結晶ダイヤモンド基板上に、水素終端による二次元正孔キャリアガスを用い、p型パワーMOSFETを多数作製し並列動作を可能とする配線を行った。

　試作したダイヤモンドMOSFETの特性を評価した。ゲート幅が1020μmの単一素子は動作特性に優れ、同一基板上にある素子が高い歩留まりで作製されていることも確認した。

左は開発したアンペア級ダイヤモンドMOSFETの外観。314素子を並列接続している、右はダイヤモンドMOSFETの単一素子性能［クリックで拡大］ 出所：産総研

　また、314個の単一素子に対しソース、ゲート、ドレイン電極をそれぞれ並列接続。総ゲート幅が約32cmとなるよう接続し、ダブルパルス法を用いて素子のスイッチング速度を評価した。この結果、駆動電流2.5Aで立ち下り時間は「19ナノ秒」、立ち上がり時間は「32ナノ秒」という数値を確認した。

開発したアンペア級ダイヤモンドMOSFETのスイッチング特性［クリックで拡大］ 出所：産総研