独立行政机构国立产业技术综合研究所[会长野间口裕]（以下简称“AIST”）钻石研究实验室研究实验室主任 Shinichi Shikada、首席研究员 Hitoshi Umezawa 与大阪大学工程研究生院电气、电子和信息工程系 Tsuyoshi Funaki 教授合作[校长 Seiichi Washida]。钌 (Ru)电极与金刚石的组合电源设备对于二极管整流器并在全球首次测量了金刚石半导体二极管整流器的开关性能，高速、低反向恢复电流操作已确认。
金刚石不仅具有优异的硬度、高导热性、宽的光传输波长带和化学稳定性，而且作为半导体，具有介电击穿电场和电荷迁移率等优异的性能，因此有望用于高耐压、低损耗、高速响应的半导体器件，特别是控制电功率的功率半导体器件（功率半导体元件）。二极管整流元件是功率器件的基本元件，这次我们开发了金刚石半导体和之前在AIST开发的Ru肖特基电极结合制造整流元件。驱动电路采用硅半导体 MOSFET（晶体管的一种）构成，双脉冲法测量金刚石二极管整流器的开关恢复特性时，我们发现了001微秒和40 A/cm2被证实。
该研究成果于2010年9月10日发表在电子信息与通信工程师学会英文学术期刊上。电子快递」（http://wwwelexieiceorg/indexhtml) 并将于 9 月 13 日起在长崎举行的日本应用物理学会上进行报告（演讲将于 15 日进行）。
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图1 原型二极管整流元件的外观（左）和原理图（右）
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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。逆变器的普及，它已成为节能技术的基础。最近，在高电压和大电流下运行在技术上已成为可能，据说市场价值达2万亿日元。通过提高功率器件的性能来减少电能消耗，从而减少二氧化碳2经济产业省制定了“酷地球- 能源创新技术计划''，它被认为是应该优先考虑的能源创新技术之一。
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，它本身就是一种散热材料，并且具有独特的物理特性，例如能够承受高温，并在高温下增加电流密度。因此，金刚石功率器件有望能够在高温下工作，无需冷却，具有高耐压和大电流密度。
产业技术研究院正在研究将硬度、导热性、弹性常数、透光率、化学稳定性、电化学特性等材料中最优异的特性与半导体特性相结合，开发金刚石的新用途。此外，我们已经开发了大型单晶结合金刚石晶片作为材料技术（2010 年 3 月 1 日新闻公告）。我们还对使用金刚石及其相关材料的各种器件进行基础研究，包括开发使用具有优异耐热性、低电阻、粘附性和肖特基结的Ru肖特基电极的金刚石二极管（2009 年 1 月 8 日新闻公告)等已经成功。
这项研究的一部分是在新能源和产业技术发展组织节能创新技术开发项目的支持下进行的。
这次使用的肖特基金刚石二极管是通过将金刚石半导体和Ru肖特基电极组合而成的（图1右）。由于金刚石和钌电极的特性，该二极管可以在高温下工作，无需冷却，并且可以在高电流密度下工作。由于该二极管的电极尺寸较小，因此将7个二极管用导线并联连接（图1左），并使用耐高温的密封材料进行密封，使其能够在高温下工作。使用市售的 Si MOSFET 作为驱动晶体管，并创建图 2 所示的电路来创建二极管整流器。
开关特性的测量采用双脉冲法，这是一种不受器件温度变化影响的方法。因此，它不依赖于电流值，如图 3 所示单极二极管的特点除了确认001微秒的高速切换之外，寄生电感快速开关操作的反向恢复电流仅取决于高 di/dt，为 40 A/cm2，并且可以抑制能量损失。从以上结果可以看出，该二极管始终稳定且高速工作。
测量温度依赖性的结果（图4）表明恢复电流没有温度依赖性，并且开关速度不随温度变化。结果发现，它可以在高达 200°C 的温度下稳定运行，并且即使没有冷却也能正常运行。
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图2 用于测量的电路图
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图 3 即使对于各种电流值也具有稳定的开关特性（红色到棕色线）
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图 4 开关特性的温度依赖性
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现在我们已经成功地演示了金刚石二极管整流器作为高电压、高输出、高速、低损耗的金刚石二极管整流器，我们的目标是制造出一种1厘米见方的器件，可以通过实际功率器件所需的大电流。为此，我们将致力于大面积衬底制造技术、低缺陷、高质量薄膜生长技术以及器件设计技术。除了肖特基二极管整流器外，我们还在进行金刚石晶体管元件的研究，目标是实现功率器件的节能化。