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世界初、酸化ガリウムを用いた省エネ型「MOSトランジスタ」開発

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情報通信研究機構(NICT)は、タムラ製作所(東京都)、光波(東京都)と共同で、新しいワイドギャップ半導体材料である酸化ガリウム(Ga2O3)を用いた実用性に優れた「MOSトランジスタ」の開発に世界に先駆けて成功した。

このトランジスタは、イオン注入とゲート絶縁膜に関する技術により、2年前に報告されたトランジスタと比べてデバイス特性が大幅に向上。非常にシンプルな構造にも関わらず、高いオン電流、高いオフ状態耐圧、非常に小さいリーク電流、高い電流オン/オフ比など、パワートランジスタとして実用上要求される性能を十分に満たす特性が得られている。

実際のパワーデバイス機器に応用した場合、既存の半導体トランジスタと比較して、高い耐圧とスイッチング動作時の大幅な損失低減が期待される。

世界的に省電力技術の開発が求められる中、現状のシリコン(Si)よりも、さらに高耐圧・低損失なパワーデバイスの実現が期待できるシリコンカーバイド(SiC)、窒化ガリウム(GaN)といったワイドギャップ半導体材料が注目されている。

Ga2O3は、SiC、GaNよりもさらに大きなバンドギャップに代表される物性から、パワーデバイスに応用した場合、より一層の高耐圧・低損失なデバイス特性が期待できる。また、融液成長法により簡便に単結晶基板が作製可能であるという、実際に基板を作製する上で非常に有益な特徴もある。しかし、高いポテンシャルにも関わらず、未開拓の新半導体材料となっていた。

また、酸化ガリウムは、SiC、GaNなどの既存のワイドギャップ半導体では不可能な融液成長法による単結晶基板の作製が可能なことから、基板サイズの拡大や、製造に必要なエネルギーやコストの大幅な削減が見込まれる。今回開発された「Ga2O3 MOSトランジスタ」は、そのまま実用可能といえる構造、特性を有している。

高性能Ga2O3パワーデバイスは、省エネ問題に直接貢献するとともに、日本発の新たな半導体産業の創出という経済面での貢献も期待される。近い将来、送配電、鉄道などの高耐圧から、電気、ハイブリッド自動車応用などの中耐圧、さらにはエアコン、冷蔵庫などの家電機器で用いられる低耐圧分野も含めた、非常に幅広い領域での応用が見込まれる。

なお、ワイドギャップ半導体材料は、半導体の材料特性を決める最も基本的なパラメータ「バンドギャップ」が大きい半導体の総称。

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