米乐m6官方网站【会长：吉川博之】（以下简称“AIST”）钻石研究中心【研究中心主任：藤森直春】研究中心副主任：鹿田新一（兼设备开发组组长）和同一研究中心设备开发组的梅泽仁研究员钌 (Ru)和钻石结合，即使在400℃以上的高温下也能长时间运行电源设备对于二极管整流器
金刚石在硬度、高导热性、宽透光波段、化学稳定性等方面表现出材料中最高的性能半导体那样，具有介电击穿电场、迁移率等极其优异的特性，因此除了机械用途以外，还有望应用于光学部件、电化学、半导体器件等。特别是作为控制电力的功率器件（功率半导体元件），可期待高温工作、免冷却器件、高耐压、大电流密度等高性能。
在这项研究中，我们试制了作为功率器件基本部件的二极管整流元件，并成功地在不冷却的情况下在高温下长时间运行。传统二极管整流器肖特基电极由于无法承受高温下的长期使用，他们寻找新的电极材料，发现钌具有优异的性能，可以同时应对耐热性、低电阻、粘合性和肖特基键合四大挑战，而且即使在高温下也完全不发生变化。我们试制了一种将钌肖特基电极与金刚石基板结合在一起的新型二极管整流器，并在400°C下进行了1500小时和在500°C下进行了250小时的操作测试，并确认完全没有劣化。从这些测试数据来看，至少自加热据估计，在该温度水平（200°C 至 250°C）下，无需冷却即可持续运行数十年。如果这项技术将来投入实际应用的话，冷却系统的节能电源装置这项研究的结果于2009年1月9日在日本应用物理学会公布。应用物理快车''在线版本(http://wwwjsaporjp/publish/apex/indexhtml)发表。
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原型二极管整流器的外观
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功率器件是对电气设备的功率控制至关重要的半导体器件。逆变器随着节能技术的进步，它已成为节能技术的基础。此外，最近它已经可以在大电流下运行，并迅速普及，例如用于驱动混合动力汽车的电机，据说市场规模达到2万亿日元。通过提高功率器件的性能来减少电能，从而减少二氧化碳2的大幅减少酷地球－能源创新技术计划''，作为应优先考虑的能源创新技术之一，占有重要地位。
目前，硅（Si）半导体用于功率器件，但存在耐热、耐压、功率损耗、电流密度等问题，因此正在研究开发碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等新材料。金刚石就是这些新材料中的一种，而且该材料本身就是散热最好的散热材料，而且还具有能够承受高温、在高温下增加电流密度等极其独特的物理特性。由于这些原因，金刚石有望作为一种能够实现高温操作、免冷却器件、耐高电压和大电流密度的材料用于功率器件。
产业技术研究院钻石研究中心正在开展研究，通过与半导体性能相结合，开辟金刚石的新技术应用，金刚石具有所有材料中最优异的性能，如硬度、导热性、弹性常数、透光率、化学稳定性和电化学性能。我们还正在开发生产大型单晶金刚石的技术作为材料技术（AIST 新闻稿，2007 年 3 月 20 日）。我们还对各种器件和相关材料进行基础研究，目标是开发使用金刚石的功率器件。
这项研究与肖特基型二极管整流器有关，该整流器可实现高温运行、免冷却运行和高电流密度运行。传统上，金刚石肖特基结由铝 (Al)、金 (Au)、钼 (Mo) 或铂 (Pt) 或碳化钨 (WC) 化合物等金属制成。在以前的金属中，使用铂的肖特基键合具有耐热性，但由于会在界面处剥离而无法在实际中使用。后者，即碳化钨，尚未对其耐热性进行详细研究，但有报道称，在 500°C 下 3 小时内其性能会发生变化。它还存在一些问题，例如电阻比前一种金属高一个数量级，并且需要另一种金属（例如金）进行引线键合。
图1是我们这次试制的二极管整流器的整体外观照片，以及开发部分的结构剖面图。将有源层层压在金刚石基板上，然后欧姆电极形成肖特基电极。该欧姆电极使用耐热Ti/Mo/Au层压欧姆金属。
在这项研究中，我们从各种金属中寻找能够高温工作的肖特基电极材料。我们测试了由具有优异电阻率和耐热性的金属制成的肖特基结的各种性能，检查了粘附性，并进行了耐热性测试。到目前为止，还没有发现一种金属能够同时满足耐热性、低电阻、良好的附着力、良好的肖特基结以及在高温下不会因界面反应而劣化的要求。然而，我们现在发现了一种满足所有这些问题的金属——钌（Ru），并将其与金刚石结合，开发出一种新的二极管整流元件。
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图1原型二极管整流器的外观（左）和开发部分的放大示意性横截面图（右）
（左照片的中心部分（圆圈）是显影部分：2mm x 2mm）
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使用肖特基电极使用钌的二极管整流器，即使进行了400℃ 1500小时、500℃ 250小时的高温保存试验，也确认了器件完全没有劣化（图2）。对肖特基结的各种特性进行详细测量的结果发现，即使在400℃下测试1,500小时后，特性也没有变化。根据这些数据，估计普通功率器件可以在自热温度水平（200-250°C）下运行数十年而无需任何冷却，这表明冷却系统所需的电能可能会减少。
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图2 400℃高温储存测试引起的特性变化
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为了将金刚石应用到实际的功率器件中，需要制造出能够流过大电流的1cm见方的器件。为此，大面积基板制造技术，高品质外延膜生长技术、器件设计技术等方面的工作。此外，虽然目前开发的是肖特基型二极管整流器，但也会对并联晶体管元件进行研究，目标是实现不需要电力冷却的节能功率器件。