金沢大学と産業技術総合研究所(産総研)はダイヤモンドを高速にエッチングする技術を開発したと発表した(金沢大学のニュースリリース産総研のニュースリリース)。高温水蒸気雰囲気下におけるニッケルへの継続的な炭素固溶反応を用いて高速・異方性エッチングする技術で、従来のプラズマプロセスに比べて高速で、ダイヤモンド自体にダメージを与えない利点がある。これらの特性によりダイヤモンドを使ったパワー半導体の作製に道を開く技術であるとする。

高速エッチング技術を用いて穴を開けた単結晶ダイヤモンド
高速エッチング技術を用いて穴を開けた単結晶ダイヤモンド
(出所:金沢大学、産総研)
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 今回の技術を開発したのは、金沢大学理工研究域電子情報通信学系の德田規夫准教授、大学院自然科学研究科電子情報科学専攻博士後期課程の長井雅嗣氏らの研究グループと産総研 先進パワーエレクトロニクス研究センターダイヤモンドデバイスチーム。

 今回のダイヤモンド加工技術の開発にあたり、研究チームはニッケル(Ni)への炭素(C)の固溶反応に着目した。高温水蒸気雰囲気を用いることでニッケル表面が酸化し、その酸化ニッケルとの酸化還元反応によってニッケル中の固溶炭素が二酸化炭素および一酸化炭素として排出される。これにより、ニッケル中の炭素の不飽和状態が維持され、高速かつ継続的なダイヤモンドのエッチングが可能となる。さらに、高温水蒸気はダイヤモンドを直接エッチングする作用がないため、ダイヤモンドがニッケルと接触する部分のみを選択的にエッチングできる。加工にプラズマを用いないため、デバイス性能の劣化につながるダメージもない。

異方性エッチング技術を用いて周期的なトレンチ構造を形成した単結晶ダイヤモンド基板と、そのトレンチ構造の上断面および断面模式図
異方性エッチング技術を用いて周期的なトレンチ構造を形成した単結晶ダイヤモンド基板と、そのトレンチ構造の上断面および断面模式図
(出所:金沢大学、産総研)
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 研究チームは、今回の技術を用いて、ダイヤモンドのトレンチ(基板表面に形成する溝)構造を形成すると低損失かつ高耐圧の縦型トレンチ・ゲート・ダイヤモンド・パワーデバイスが実現できると考え、今後の研究につなげるという。また、デバイス構造の作製だけでなく、ダイヤモンドの平坦化や切断などの加工プロセスへの応用も期待できるとしている。

高温水蒸気雰囲気下におけるニッケルとダイヤモンドの熱化学反応によるダイヤモンドエッチングのメカニズム
高温水蒸気雰囲気下におけるニッケルとダイヤモンドの熱化学反応によるダイヤモンドエッチングのメカニズム
(出所:金沢大学、産総研)
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