350℃の高温下で「SiC半導体IC」基本動作、京大が実証成功

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京都大学の金子光顕助教らは、350度Cの高温下で炭化ケイ素(SiC)半導体による集積回路(IC)の基本動作実証に成功した。低消費電力が可能な相補型の構造を持つ接合型電界効果トランジスタ(JFET)を開発。高温下でも安定動作し、待機電力を最大でも数十ナノワット(ナノは10億分の1)に抑えられることが分かった。今後は微細化による小型、高速化が可能か検討を進めていく。

SiC半導体は約800度Cまで正常に動作するが、ICで一般的な金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)では酸化膜とSiCの接合界面に多くの欠陥が存在するという特性から高温下での安定動作が困難だった。そこで研究チームは、界面欠陥が生じず高温下で安定動作するJFETをSiC上で作製。さらにMOSFETと同じ相補型の構造を実現し、消費電力を抑えることにも成功した。

n型とp型のトランジスタを組み合わせた相補型回路は待機電力を抑えられるのが特徴だが、JFETでは不可能とされてきた。研究チームではイオン注入によりトランジスタを作製することで、SiCの同一基板上で相補型回路を作製することに成功。加えてゲート端子に電圧を加えていない時に電流を流さないノーマリーオフ型の特性も実現した。

現在主流のシリコン(Si)半導体のICでは動作可能温度は約250度Cが限界だった。ただ石油・ガスの掘削作業や惑星探索、エンジン燃焼室の制御など、より高温下で使用できるICへのニーズが高まっている。

日刊工業新聞 2022年4月1日

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