産友会メールマガジン第18号 【ダイヤモンド先端材料 関連技術特集】
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産総研中国センター友の会（産友会）メールマガジン
【第18号/ 2013.06.28発行】
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【ダイヤモンド先端材料 関連技術特集】
ダイヤモンドは屈折率が高く古来、宝飾品として利用されてきましたが、ダイヤモンドは屈折率が高いだけでなく硬度や熱伝導性も高いなど、他をもって代えがたい優れた特性を有しています。特に、近年、産業技術総合研究所などの日本の研究グループや日本国内の企業などで高品質ダイヤモンド薄膜の合成に成功するなど、基礎技術が発展しており(注1)、今後、この分野における技術開発の進展が期待されます。このため、産友会メルマガ6月号ではダイヤモンドのデバイス応用を中心としたダイヤモンド先端材料に関連する技術情報の特集をさせて頂くことに致しました。
(注1)
■ダイヤモンドパワーデバイスの高速・高温動作を実証
産総研では大阪大学と共同でルテニウム電極とダイヤモンドを組み合わせたパワーデバイス用ダイオード整流素子を作製しました。この素子を用いて、世界で初めてダイヤモンド半導体ダイオード整流素子のスイッチング性能を測定し、高速・低逆回復電流動作を確認しました。
■大型単結晶ダイヤモンドモザイクウエハーを作製
産総研では薄板状の単結晶ダイヤモンドを種結晶から直接分離するダイレクトウエハー法を確立し、1インチ相当のウエハーの試作に成功しました。
■新たなn型ダイヤモンド半導体の合成に成功 －ダイヤモンド電子デバイス実現への道を拓く－
産総研では気相合成法を用い、(001)面ダイヤモンド基板上にn型ダイヤモンド半導体を合成することに世界で初めて成功しました。さらに、この(001)面n形ダイヤモンド半導体を用いてp-n接合による紫外線発光素子を試作し、紫外線発光にも成功しました。
■ダイヤモンドＬＥＤで光子を１個ずつ室温で電気的に発生させることに世界で初めて成功 －盗聴不可能な量子暗号通信に向けて加速－
産総研では人工ダイヤモンドを用いて室温で電気的に単一光子を発生させることに世界で初めて成功しました。
■気相合成法による大型ダイヤモンド単結晶合成技術を開発
産総研では、気相合成法による、ダイヤモンドの大型単結晶製造技術を開発し、ダイヤモンドデバイスへの応用へ大きな一歩を踏み出しました。
■世界初の電力増幅作用を持つダイヤモンドトランジスタ
産総研ではダイヤモンド半導体を用いた電力増幅作用を持つバイポーラトランジスタを世界で初めて作製しました。これは省エネルギー効果が期待される次世代ダイヤモンドパワーデバイスの開発に道筋をつけるものとして期待されています。
■真空を利用したパワースイッチを開発
産総研では、ダイヤモンドの表面を水素原子で覆うと、真空中に自由に電子が飛び出すことを明らかにし、電子放出源の素材にダイヤモンド半導体を採用した真空パワースイッチを開発しました。動作の検証を行ったところ、１０ｋＶの電圧でパワースイッチとして機能することを確認できました。
■パワーデバイスを目指したダイヤモンドの開発
産総研では、マイクロ波プラズマ表面処理とエッチング技術を利用したウエハー状の単結晶ダイヤモンドを量産する技術を開発しました。これまでに、世界最大サイズであるハーフインチウエハーが得られています。
■ダイヤモンド半導体で高効率の紫外線発光に成功
波長250nm以下の深紫外線を放射できるダイヤモンドのダイオードの開発に成功しました。開発したダイオードは、200℃以上の高温動作が可能で、内部量子効率10％以上を達成しました。
■ダイヤモンドによる特定配列DNAの高感度計測を実現
産総研では、導電性ダイヤモンドの表面に針間隔10ナノメートルの剣山を作り、特定配列DNAを検出する技術を開発しました。
■ドープされたダイヤモンド: 新規な万能の電極材料
本論文では、ドープされたダイヤモンド電極の現在の開発状況について概要を説明しています。異なる電解質中におけるダイヤモンド電極の電気化学的特性について紹介してあります。
■ダイヤモンドを用いた微小センサの研究
ドイツのフラウンホーファー研究機構のIAF（応用固体物理研究所）では、ダイヤモンドを使用した微小なエレクトロケミカルセンサやDNAセンサに関する研究を行っています。
■ダイヤモンドコーティング金型を用いた熱間完全ドライプレス加工技術を開発
産総研では企業と共同して、CVDダイヤモンドコーティング金型を用いたマグネシウム合金板材の完全な熱間ドライプレス加工技術を確立しました。
■空気浮上のような軽い滑りの「鏡面ダイヤモンド摺動面」を開発
産総研では空気浮上に近い低摩擦係数が期待できる鏡面ダイヤモンド摺動面を開発しました。さらに、切削加工が可能なチタンシリコン炭化物に気相ダイヤモンドを成膜する技術を確立しました。
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