京都大学は3月25日、京都大学大学院工学研究科の金子光顕助教、木本恒暢教授らによる研究グループが、独自構造のトランジスターを搭載したSiC（シリコンカーバイド）半導体を開発し、シリコン（Si）半導体では不可能な摂氏350度という高温での基本動作の実証に成功したと発表した。
現在広く使われているシリコンベースの半導体は、動作可能温度の上限が摂氏250度とされている。しかし、地下資源採掘や宇宙開発の現場では、それより高い温度での動作を求められる。シリコンよりも高温での動作が可能なSiC半導体の研究は進められているが、集積回路の基本要素であるトランジスターの高温での信頼性や電力消費量が大きな課題となっていた。
集積回路で一般的に使われているトランジスターはMOSFET（金属酸化膜半導体電解効果トランジスター）と呼ばれるタイプのもので、添加する不純物によってn型とp型と2種類に分かれる。この2つ組み合わせた相補型という集積回路が、待機電力をほぼ0にできるため広く普及した。SiC上にもMOSFETを作ることはできるが、酸化膜とSiCとの間の接合界面に欠陥が多く発生（Siの場合の100倍以上）するために高温での安定動作ができなくなる。これとは別に、JFET（接合型電界効果トランジスター）というトランジスターも作れる。こちらは界面欠陥がないため高温動作が可能なのだが、相補型回路の構成が不可能で、省電力とはならない。300度以上の高温環境では供給電力も限られることが予想され、低消費電力化が課題となっている。
研究グループが新しく開発したのは、JFETで相補型回路を作る方法だ。これまでJFETは、同一基板上にn型とp型の両方を同時に作ることが技術的に難しかったのだが、研究グループは、イオン注入という工業界では広く使われている方法でそれを可能にした。また、集積回路として重要となるゲート端子に電圧をかけていないときに電流を通さないノーマリーオフの特性を持たせることも、従来のJFETでは難しかったのだが、構造の工夫により実現した。これにより、「室温から350℃までのSiC論理ゲート動作実証に世界で初めて成功」した。
これは、「高温エレクトロニクスの創生を期待されながら遅々として進まない高温動作集積回路の実用化」だと研究グループは話す。今後は、微細化による小型化、高速化、高機能化がJFETでも可能かどうか、研究を進めてゆくとしている。
- Original:https://jp.techcrunch.com/2022/03/29/sic-complementary-jfet-logic-gate/
- Source:TechCrunch Japan
- Author:tetsuokanai