ダイヤモンド半導体の基礎研究に貢献するR&Sオシロスコープ

着実に成果を上げている基礎研究

他の研究機関と同様に、佐賀大学でのダイヤモンド半導体研究はまだ基礎段階ですが、すでにトランジスタの作製を確立しています。作製方法はガリウムナイトライドと同様の T 型短ゲート電極です。バンドギャップが広くなることでドナーやアクセプターのレベルが深くなり、不純物を入れても B 型や N 型の作成が難しくなる傾向にありますが、佐賀大学では NO2 を付着させることで T 型に成形できることを発見しました。佐賀大学で作製されるダイヤモンドトランジスタの特性は約 1.35 A/mm を記録しており、実用のトランジスタとして十分な値を記録しています。

高周 波 の 値 で は、凝 っ た 工 夫 を せ ず に fT=45 GHｚ、fMAX=120 GHｚという、世界最高の値を記録しています。この結果からも、ダイヤモンドが高周波に適した素材であることがわかります。大信号でもガリウムひ素トランジスタに比べ、約 2 倍の性能を記録しています。放熱性の計測では、約 1 W の消費電力動作時で約 0.6 度の上昇しか見られませんでした。ガリウムナイトライドのトランジスタでは放熱が大きく、消費電力や小型化、故障率で問題になることもありますが、材料の中で一番熱伝導率が高く、放熱性に優れているダイヤモンドが有効な対策になると期待されます。

佐賀大学ではダイヤモンドの熱伝導率を活かし、高周波高出力デバイスの RF-DC 変換についても研究しています。ダイヤモンド半導体は変換効率に優れ、高周波の信号を高電圧直流電流に変換しても、電圧が減少することはなく、また壊れることもありませんでした。大電力の送電に適し、道路から電気自動車への給電や、宇宙で発電して電力を地上に届けるなどの試みなど、新たなテクノロジーに関連する領域でも、ダイヤモンド半導体の活用が期待されています。

オシロスコープの活用

さまざまな測定器を使いこなす佐賀大学において、オシロスコープはローデ・シュワルツの R&S RTO1000 を使用しています。ナノ秒レベルの計測が必要となる、RF-DC変換時のスイッチング特性をパルスで計測する際に使用し、広帯域でありながら、ハイスピードな測定ができるローデ・シュワルツのオシロスコープが活躍しています。基本的な測定を含めると、研究室に属する全ての学生が、オシロスコープを操作しますが、高機能で画面も大きく、使いやすいので、スムーズに研究に取り組むことができます。このオシロスコープは、佐賀大学で研究を開始した頃、ローデ・シュワルツ・ジャパンの学生コンペティションで入賞した際の副賞として導入された、本研究室における最初の測定器で、今まで、そしてこれからの研究においても、その優れた性能で研究成果への貢献が期待されています。