作为由 NEDO 担任管理机构的内阁府项目“战略创新计划 (SIP)/下一代电力电子”的一部分，米乐m6官方网站成功生产出世界上第一个体积为 1 立方厘米、不会因气体而破裂的单晶金刚石。
这一结果是实现大型晶圆的重要一步，因为我们能够使用基于气体的方法制造世界上最大的高质量晶体，从而可以轻松扩大合成面积。未来，我们预计使用金刚石的下一代功率半导体的开发将加速，并将其纳入各种电气设备中，从而使电力更有效地利用成为可能，从而实现大幅节约能源的社会。
 |
| 图1 由气体制成的1立方厘米级单晶金刚石（左）和采用目前市售的高温高压方法制成的单晶金刚石基体（右） |
功率半导体用于电力基础设施、汽车、铁道车辆、工业设备、家电等各种设备和设备，是支持更高性能和节能的重要器件。它是一种通用高压开关器件（接通和关断电流的器件）。IGBT※1为了加强日本具有优势的这项技术，例如国内制造商占有很大份额，内阁府项目由国家研究开发公司新能源和产业技术综合开发组织（NEDO）管理“战略创新创造计划 (SIP)/下一代电力电子产品”※2从 2014 年开始，碳化硅 (SiC)、氮化镓 (GaN) 和氧化镓 (Ga2O3)，我们一直在推动将使用金刚石等新材料的功率半导体应用于产品的技术开发，旨在显着提高电气设备的效率和小型化。尤其是金刚石，具有所有半导体材料中最高的物理性能，如耐压和导热性，是一种有望拥有广泛应用的材料。因此，期望实现大型晶圆并建立供应系统，这是其实用化的前提。然而，目前商业上可用的生产单晶金刚石基底的方法高温高压法※3为了生产大英寸尺寸的晶圆，需要非常大的压机，从成本和技术角度来看，这实际上很困难，并且迫切需要建立可以处理大面积的晶体生长技术。
米乐m6官方网站 (AIST) 目前正在开展该项目微波等离子体CVD法※4，我们成功地生产出世界上第一颗体积为1立方厘米的单晶金刚石，且没有气体破裂。这一结果是实现英寸尺寸大型晶圆的重要一步，因为我们能够使用基于气体的方法制造世界上最大的晶体之一，从而可以轻松扩大合成面积。未来，我们预计将实现并加速使用金刚石的下一代功率半导体的开发，并将其纳入各种电气设备中，从而使电力的更有效利用成为可能，从而实现大幅节能的社会。
而且，这个结果不仅适用于功率半导体等电子领域自旋电子学※5它还可以应用于其他领域，并且由于金刚石可以在室温和常压下处理高空间分辨率的量子信息，因此它可能会在传感器和量子计算方面带来更高的性能。
有关该技术的更多信息，我们计划在内阁府和 NEDO 于 2019 年 3 月 28 日至 29 日共同主办的 SIP“下一代电力电子”公共研讨会上报告结果并展示样品。
研讨会信息网站：https://wwwnedogojp/events/IT_100040html
我们在世界上首次以气体为原料，采用微波等离子体CVD技术成功生产出体积为1立方厘米的无裂纹单晶金刚石。在使用微波等离子体CVD方法合成金刚石时，通过脉冲微波改善样品周围的热平衡并优化晶体保持结构，通过精确控制样品位置保持长期生长过程中等离子体与样品表面之间的距离，以及通过在源气体中添加少量氧气来抑制晶体保持器和样品周围的异常生长，可以克服传统制造方法中出现亚毫米级裂纹的问题。我们能够连续生长晶体至毫米厚度，而不会产生任何裂纹。
*源气体在样品附近点燃的等离子体中分解（黄色），金刚石晶体在样品表面生长 |
| 图2 本结果中使用的微波等离子体CVD方法概述 |
在传统的制造方法中，需要在裂纹出现之前停止生长到亚毫米级的厚度，然后多次重复晶体生长过程以增加厚度。结果，杂质浓度不连续，易位※6的来源新开发的技术可以显着减少重复晶体生长操作的需要，从而可以生产毫米级的高质量金刚石晶体，从而充分抑制由于较厚的薄膜而导致的变形和结晶度恶化。图3为传统技术和新开发技术生产的金刚石晶体的质量指标拉曼光谱※7的半宽度（峰值强度一半处的波数宽度）的依赖性。与生长的薄膜厚度有关。
*■图中是传统技术，●是对使用该长期稳定生长技术生产的晶体进行评估的结果 |
| 图3 拉曼光谱的半宽度（晶体生长的指标）对生长膜厚度的依赖性 |
即使在本财年内阁府项目结束后，AIST仍将继续进行科学研究和加工工艺开发，目标是生产高质量的英寸级大型单晶半导体晶片，这将成为实现金刚石功率半导体的基础。还有金刚石半导体电导率控制※8技术，新装置原理演示※9，以实现金刚石半导体的社会化。
NEDO的电力电子研发重点是使用新材料的功率半导体的开发，并推动原材料晶圆、将功率半导体纳入模块的半导体封装和电路设计以及可靠性评估技术等各种基础和应用技术的研究和开发。我们将继续致力于扩大电力电子的应用范围，并通过该领域的发展为增强日本的产业竞争力做出贡献。