由金泽大学理工学院电子信息通信科学系副教授德田纪雄和自然科学技术研究生院电子信息科学系博士生永井正嗣领导的研究小组（薄膜电子实验室）是位于米乐m6官方网站（AIST）的研究小组（薄膜电子工程实验室）。通过与Susumu电力电子研究中心钻石器件团队的研究组组长Toshiharu Makino、特邀研究员Satoshi Yamazaki和首席研究员Hiromitsu Kato的联合研究（于2017年7月签订全面合作协议），我们开发出了终极功率器件材料。钻石高速各向异性蚀刻(*1) 开发技术。
下一代功率器件的开发是实现节能低碳社会的关键技术。金刚石是最昂贵的功率器件材料介质击穿电场(※2) 和载体移动性(*3)并具有导热性因此，它有望成为最终的功率器件材料。由于金刚石是最硬的物质，因此传统上使用等离子工艺(*4)，但蚀刻速率低，蚀刻表面附近形成的等离子体损伤降低了器件特性，并且没有对半导体硅工艺中使用的晶体进行各向异性蚀刻，因此人们期待开发使用非等离子体工艺的高速、各向异性金刚石蚀刻技术。
这次，研究小组正在不使用等离子体开发镍碳固溶反应钻石蚀刻(*5)并开发了高速、各向异性金刚石蚀刻技术。
未来，我们希望通过应用这项技术，打造出超低损耗的金刚石功率器件，为实现节能低碳社会做出贡献。
该研究成果于2018年4月27日上午10点（英国时间）发表在国际学术期刊《科学报告的网络版上发表之外，我们还申请了“钻石加工方法”的专利。这项研究的一部分得到了日本学术振兴会（JSPS）科学研究补助金和金泽大学自己的战略研究促进计划（酒井项目）“创新节能设备的创造”的支持。
世界能源消耗逐年增加，全球能源短缺令人担忧。因此，需要提高发电产生的能源（电）的使用效率，而其关键是功率控制。电源设备(*6) 拿着它。目前主流的Si（硅）功率器件虽然已经高度发展，但其性能已经接近极限，进一步提高Si功率器件的性能难度极大。因此，SiC（碳化硅）、GaN（氮化镓）、Ga2O3（氧化镓）、金刚石等宽带隙半导体(*7)近年来备受关注。特别是，金刚石具有所有半导体材料中最高的介电击穿电场和载流子迁移率，以及所有物质中最高的导热率。这对于实现功率器件所需的高耐压、低损耗、高速、小型化极为有利，因此金刚石有望成为最终的功率器件材料。然而，蚀刻具有最高硬度和化学稳定性的金刚石并创建器件结构并不容易。目前，等离子体工艺用于制造金刚石器件结构，但蚀刻速度较慢，并且等离子体引起的损伤发生在金刚石的蚀刻表面附近，从而降低了器件性能。出于这个原因，人们希望开发一种能够快速蚀刻金刚石的非等离子体工艺。因此，我们专注于碳与镍的固溶反应，并致力于开发金刚石蚀刻工艺。
在这项研究中，我们通过在高温蒸汽气氛中利用碳与镍的连续固溶反应，实现了世界上最快的各向异性金刚石蚀刻工艺（见图 1）。通过使用高温蒸汽气氛，镍表面被氧化，镍中的固溶碳通过与氧化镍的氧化还原反应以二氧化碳和一氧化碳的形式放出。这可以保持镍中碳的不饱和状态，从而实现快速、连续的金刚石蚀刻（见图 2）。此外，与氧气不同，高温蒸汽不具有直接蚀刻金刚石的效果，因此可以选择性地仅蚀刻金刚石与镍接触的部分。此外，由于不使用等离子体，因此不存在会降低器件性能的等离子体损伤。
我们相信，通过使用该技术形成金刚石沟槽结构，我们可以制造出低损耗、高击穿电压的垂直沟槽栅极金刚石功率器件。预计它不仅可以应用于器件结构的制造，还可以应用于压平和切割金刚石等加工工艺。
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图 1 （左）使用高速蚀刻技术钻孔的单晶金刚石
（中）使用各向异性蚀刻技术的周期性战壕(*8) 形成结构的单晶金刚石基板及其沟槽结构的(右)俯视图和示意性截面图 |
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| 图2 高温蒸汽气氛中镍与金刚石之间的热化学反应导致金刚石蚀刻的机理 |
杂志名称：科学报告
论文名称：通过高温水蒸气中镍和金刚石之间的热化学反应进行各向异性金刚石蚀刻
（通过镍和金刚石在高温蒸汽中的热化学反应进行各向异性金刚石蚀刻）
作者姓名：M。永井、K Nakanishi、H Takahashi、H Kato、T Makino、S Yamasaki、T Matsumoto、T Inokuma、N Tokuda（永井正嗣、中西和弘、高桥甲、加藤光光、牧野敏晴、山崎聪、松本翼、猪熊隆雄、德田纪夫）