2022年度公募 seeds-3042 - 【近畿】 GaN成膜用低熱抵抗3C-SiC-on-ダイヤモンド基板の研究開発
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VISION

ビジョン

3C-SiC-on-ダイヤモンド基板上の高品質GaN薄膜の成膜技術と素子作製技術の確立を目指す

GaN素子の放熱問題を解決し、素子の性能と寿命の向上及びシステムの小型化の実現を目指す

本研究開発により実現されるGaN成膜用3C-SiC-on-ダイヤモンドエンジニアリング基板は、4H-SiC基板に比べ熱抵抗が約70%低いです。このエンジニアリング基板上にGaNを成膜し、更に素子作製プロセスを適用することにより、異種材料接合技術に投資することなく放熱性が大幅に向上したGaN素子が製造されます。動作時の自己発熱が抑制されることにより、素子性能と寿命が向上します。素子の出力増加、信頼性の向上、システムの小型化、冷却機構の簡素化を実現し、CO2排出削減に大きく貢献します。

USE CASE

最終用途例

パワー素子の放熱性と性能の向上で冷却システムの小型・軽量化及び大幅な省エネに貢献

USE CASE 01高出力・高周波パワー素子動作時の放熱向上

APPLICATION

APPLICATION

素子の最大出力の増加と信頼性の向上に寄与

GaNパワー素子の放熱性を大幅に向上させることでGaN素子の最大出力増加、信頼性向上、システムの小型化、冷却機構の簡素化、が実現されます。

STRENGTHS

強み

熱抵抗及び量産性に優れたGaN成膜・素子作製用3C-SiC-on-ダイヤモンド基板の提供

STRENGTHS 01

自在にGaNの成膜と素子の作製が可能

3C-SiC-on-ダイヤモンド基板を使用することで、従来のSi基板上GaNと比べ熱抵抗が66%低減できます(https://dor.org/10.35848/1882-0786/ac5ba7).

TECHNOLOGY

テクノロジー

ダイヤモンドと3C-SiCそれぞれの特徴を統合した新たな機能を有するエンジニアリング基板を創成する

TECHNOLOGY 01

3C-SiC/ダイヤモンド接合界面の高耐熱性と低熱抵抗

2021年10月5日~11日までに開催された7th International Workshop on Low Temperature Bonding for 3D Integration (LTB-3D)にて当研究室の学生がBest Student Presentation Awardを受賞しました.発表題目は『Fabrication of GaN/3C-SiC/diamond structure for efficient thermal management of power device』です。研究内容はダイヤモンドを用いた高性能窒化ガリウムデバイスの研究です.

PRESENTATION

共同研究仮説

最高熱伝導率ダイヤモンドを素子の放熱向上に活かしてCO2排出量の大幅削減を実現

共同研究仮説01

大面積3C-SiC-on-ダイヤモンド基板に向けた共同研究

4インチ以上3C-SiC-on-ダイヤモンド基板の開発

GaN素子の量産に適用するためには、4インチ以上3C-SiC-on-ダイヤモンド基板が必要です。そのためには、ダイヤモンド基板、大面積の接合技術及びダイヤモンド下地基板に適したGaN成膜と素子作製技術の開発が必要となります。

RESEARCHER

研究者

梁 剣波 大阪公立大学大学院工学研究科(准教授)
経歴

2012年名古屋工業大学大学院工学研究科博士課程修了(工学博士)
2012年大阪市立大学工学研究科博士研究員
2015年大阪市立大学工学研究科講師
2019年大阪市立大学工学研究科准教授
2022年大阪公立大学工学研究科准教授、現在に至る
関連論文など
Applied Physics Express 15, 041003 (2022), Advanced Materials 33, 2104564 (2021).

研究者からのメッセージ

ダイヤモンドと異種材料の直接接合技術を用いて素子の放熱問題を解決する

現在では、常温においてダイヤモンドと3C-SiC、GaN、GaAs、Al、Cuの直接接合を実現し、接合界面が優れた耐熱性を有するだけでなく、低い界面熱抵抗値も有します。ダイヤモンドと半導体材料の直接接合及びダイヤモンドとAl、Cuの直接接合の研究成果を組み合わせることにより、低熱抵抗パワー素子モジュールの実現が期待できる。パワー素子の放熱性を向上させることで、GaN素子の最大出力増加、信頼性向上、システムの小型化、冷却機構の簡素化、が実現されます。