高温回路

目的

多くの電子機器に使われているSi素子は、300℃以下でしか動作できません。最近、金星探査機、次世代地熱発電による深層掘削、消防用ドローン、スペースシャトルやジェットエンジン周辺部品など、300℃を越える環境での半導体素子の需要が増えてきています。本プロジェクトの目的は、1000℃でも動作可能な高温半導体回路を実現することです。

研究計画

バンドギャップエネルギー(Eg)の大きい材料は、高温環境でもキャリアの励起が少なく、Off時の漏れ電流を低く抑えることができます。高温素子用材料として、Egが大きく、p型とn型の両方利用可能な材料である窒化アルミニウム(AlN)が非常に魅力的です。また、酸化膜を用いたり、ゲート電極によるチャネル幅制御にショットキー接合を用いたりすると、高温時に漏れ電流が大きくなることから、PN接合を使うのが好ましいです。PN接合を使ったAlN素子の中でも、接合型電界効果トランジスタ(JFET)は、p型とn型チャネルの利用が可能なことから回路としても使えます。これらのことから、AlN JFETは、高温耐性に最も優れた材料と素子の組み合わせと言えます。

私たちは、2023年に1100K (827℃)の世界最高温度でのショットキ障壁ダイオード(SBD)の動作を実現しています。現在、AlNを使って、超高温環境で動作可能なJFETおよび相補型集積回路の作製に取り組んでいます。