2019年 | プレスリリース?研究成果
高温で動作する酸化ガリウムダイオードを開発 耐環境性に優れたパワーデバイス?IoT用センサー実現へ
【発表のポイント】
- 次世代のパワーデバイス向け半导体として注目されている酸化ガリウムと、层状构造の酸化物电极（笔诲颁辞翱2）で构成されたダイオードを开発
- 金に匹敌する高い电気伝导度を示し、优れた耐热?耐环境性を持つ
- このダイオードは、自动车?工业プラントなど、滨辞罢で拡大する多様な素子动作环境に対応できるため、パワーデバイス制御やセンサー用途への応用が期待
【概要】
东北大学金属材料研究所の原田尚之助教、伊藤俊技术职员、塚﨑敦教授らの研究グループは、パラジウムとコバルトからなる金属酸化物(笔诲颁辞翱2)と酸化ガリウム（骋补2O3；注1）を原子レベルで接合し、350℃の高温で7桁以上のオン/オフ比（注2）を示す、高温动作可能な整流素子（ダイオード）を开発しました。
自动车エンジンなどの电力制御やセンサー用途において、高温や反応性ガス中などの过酷な环境で动作する半导体素子の需要が高まっています。なかでも、骋补2O3は大きなバンドギャップ（注3）を有する上、安定でバルク结晶も入手しやすいことから、次世代パワーデバイス向け半导体として期待されています。适切な半导体と金属の组み合わせを积层（ショットキー接合；注4）すると、ダイオードとして动作します。そのためこれまで様々な金属と骋补2O3の接合が研究されてきましたが、高温动作特性が优れないという问题がありました。
本研究グループは、単体金属の代わりに高い電気伝導性?耐熱性を有する層状金属酸化物 PdCoO2（図1）に着目し、骋补2O3との境界（界面：図2）を原子レベルで制御する方法を見いだしました。これによりダイオードの高温動作の鍵となる界面のエネルギー障壁（ショットキー障壁高さ）を、従来の限界値を大きく超える1.8 eVにすることに成功し、350℃の高温で7桁のオン/オフ比を実証しました。高い耐環境性を持つこの新しい酸化物ダイオードは、様々な環境で動作を求められるIoT向けセンサーやパワーデバイスへの応用が期待されます。
本研究成果は、2019年10月18日（米国時間）に、米国科学誌「Science Advances」オンライン版に掲載されました。
図1 様々な物質の室温電気伝導率
図2 左：電子顕微鏡によるPdCoO2/Ga2O3 界面の原子像. 右：対応する結晶モデル.
【専门用语解説（注釈や补足説明など）】
※1 酸化ガリウム（骋补2O3）
約5.0 eVの大きなバンドギャップを有し、量産に適した溶融法でバルク結晶を作製できることから、次世代のパワーデバイス向け半導体材料として有望視されている。実用化に向けて各国で研究が進められている。
※2 オン/オフ比
ダイオードは阳极から阴极に电流を流すが、阴极から阳极へはほとんど电流を流さない。この电流の大きさの比（オン/オフ比）が大きいほど、动作中の消费电力低减につながる。
※3 バンドギャップ
半導体の物質ごとに決まっている重要な物性値の１つで、物質の電子構造において電子の存在できないエネルギー領域のこと。電子の動けない価電子帯と電子の動ける伝導帯とのエネルギー差に対応しており、禁制帯とも呼ばれる。その物質の電気伝導性や光学特性などに関連して、ダイオードやトランジスターなどの半導体素子を設計する際にも重要となる。シリコンのバンドギャップは1.1 eV (電子ボルト) 程度である。一般に3 eV以上で大きなバンドギャップと考えることができる。例えばGaN, SiCや Ga2O3などが挙げられ、それらの半导体は大电流や大电圧印加によっても壊れにくいため、パワーデバイス用途に适している。
※4 ショットキー接合
金属と半导体を接合する际、金属中の电子と、半导体中の电子のエネルギーが揃うように界面で电荷をやり取りする。この过程で、界面にエネルギー障壁が形成される。これをショットキー障壁と呼ぶ。ショットキー障壁は电子に対して崖のように働くため、金属侧から半导体に电流が流れる场合と、半导体侧から金属侧に电流が流れる场合で流れやすさに大きな差を生じる。この性质から、电流を一方向にしか流さない整流器（ダイオード）として利用される。
问い合わせ先
（研究内容に関して）
东北大学金属材料研究所 低温物理学研究部门
助教 原田 尚之
罢贰尝：022-215-2089
贰尘补颈濒：迟.丑补谤补诲补*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
教授 塚﨑 敦
TEL： 022-215-2085
贰尘补颈濒：迟蝉耻办补锄补办颈*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
（报道に関して）
东北大学金属材料研究所 情报企画室広报班 （冨松）
罢贰尝：022-215-2144
贵础齿：022-215-2482
贰尘补颈濒：辫谤辞-补诲尘*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）