佐賀大学、ダイヤモンド半導体パワー回路を開発：長時間連続動作など動的特性を実証

佐賀大学は、ダイヤモンド半導体パワー回路を開発し、高速スイッチング動作と長時間連続動作が可能なことを確認した。Beyond 5G基地局や通信衛星、電気自動車などの用途に向け、実用化研究を加速させる。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

10ナノ秒を切る高速スイッチング動作を確認

　佐賀大学は2023年4月17日、ダイヤモンド半導体パワー回路を開発し、高速スイッチング動作と長時間連続動作が可能なことを確認したと発表した。Beyond 5G基地局や通信衛星、電気自動車などの用途に向け、実用化研究を加速させる。

　ダイヤモンド半導体は、熱伝導率が高く放熱性に優れている。絶縁破壊電界強度も高く長寿命である。さらに、キャリア移動度も極めて高いという特長がある。現在は、SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）などの材料が実用段階を迎えている。ダイヤモンドはこれらの材料を超える周波数や出力が得られるため、高周波パワーデバイスに適した材料として注目されている。

左＝出力電力と動作周波数におけるダイヤモンドの位置付け／右＝ダイヤモンド半導体の特性［クリックで拡大］ 出所：佐賀大学

　佐賀大学は、2022年にダイヤモンド半導体デバイスを作製し、875MW/cm²という出力電力と3659Vの出力電圧を達成したと報告していた。今回の実験では、試作したダイヤモンド半導体パワー回路が、スイッチング特性や長時間連続特性といった動的特性でも問題がないことを示した。

試作した、ダイヤモンド半導体デバイスのパワー回路［クリックで拡大］ 出所：佐賀大学

　実証試験により、ダイヤモンド半導体パワー回路は、ターンオン時間が9.97ナノ秒、ターンオフ時間が9.63ナノ秒となり、10ナノ秒を切る高速スイッチング動作を確認した。スイッチング損失はターンオン損失で55.1pJ、ターンオフ損失で153.2pJと、極めて低い値となった。

　また、長時間連続動作による素子劣化についても検証した。実験により、190時間の連続動作を行っても特性の劣化が全く生じないことを確認した。動作中に出力電流値が徐々に増加し入力電流値は増加したが、動作が終了すると回復して測定前の特性に戻ったという。

左＝10ナノ秒を切るスイッチング動作／右＝190時間連続動作の特性の変化［クリックで拡大］ 出所：佐賀大学