ダイヤモンドMOSFETが実現した世界初の200V/1Aスイッチング動作

ダイヤモンドMOSFETが切り拓く次世代パワーエレクトロニクス

パワーダイヤモンドシステムズ株式会社（本社：東京、代表取締役：藤嶋達也）は、同社が独自に開発したダイヤモンドMOSFET技術をさらに進化させ、ダイヤモンドベースのデバイスとして世界初となる550Vの耐圧と0.8Aのドレイン電流を単一デバイスで実現しました。また、同じデバイスを用いて200V/1Aのスイッチング動作にも成功し、これまでに報告されている最高レベルの性能を確立しました。この成果は、ダイヤモンド半導体パワーデバイスの実用化に向けた重要な技術的マイルストーンです。

ダイヤモンド半導体のポテンシャル

ダイヤモンド半導体は、広帯域ギャップ、高い絶縁破壊電界、優れた熱伝導性を備えており、シリコン（Si）やシリコンカーバイド（SiC）、窒化ガリウム（GaN）などの従来の半導体を上回る次世代パワーデバイス材料として期待されています。その優れた特性により、ダイヤモンドは次世代パワーエレクトロニクスの基盤材料として世界中から注目を集めています。しかし、高耐圧と低オン抵抗の両立は、実用化に向けての大きな技術的課題として残っていました。特に、ゲートエッジでの電界集中が原因で、ドレイン-ソース間の耐圧が制限されることがありました。また、デバイス評価に必要な高い電流能力とスイッチング特性を実現するためには、各デバイスの有効面積を縮小し、多くの小型デバイスを並列に接続する必要がありました。

研究結果の発表

今回の研究では、パワーダイヤモンドシステムズがこれまでのダイヤモンドMOSFETプラットフォーム技術をさらに進化させ、フィールドプレート構造を導入しました。これにより、ゲートエッジでの電界集中を抑制し、高い耐圧を実現しました。同時にデバイスの面積を拡大し、高電流動作を可能にし、これまでのアプローチの制限を克服してデバイス単体で大電流駆動を達成しました。

その結果、単一のダイヤモンドMOSFETが550Vの耐圧と0.8Aのドレイン電流を実現しました。この成果は、パワーダイヤモンドシステムズのデバイス設計とプロセステクノロジーの有効性を実証しています。さらに、同じデバイスによる200V/1Aのスイッチング動作は、ダイヤモンドMOSFETにおいて世界初の成果です。この成果により、ダイヤモンドパワーデバイスは静的特性の評価から、実用的スイッチング動作の検証へと進展しました。

パワーダイヤモンドシステムズは、安定した製造プロセスも確立しており、デバイスの再生産が可能であることを示しています。これは、技術の信頼性を示すだけでなく、実用化への着実な進展を表しています。

今後の展望

今後、同社は日本国内外の研究機関や産業パートナーとの連携を強化し、ダイヤモンド半導体デバイスの社会実装を加速させるために、技術開発と応用開発を進めていく予定です。これは、移動体エレクトロニクスや再生可能エネルギーなど新興パワーエレクトロニクス分野において、次世代パワー半導体としての役割を果たすことを目指しています。

この研究は2026年2月24日、Applied Physics Expressに掲載され、オンラインで公開されました。部分的には、NEDO（新エネルギー・産業技術総合開発機構）の委託プロジェクト（プロジェクト番号：JPNP14004）及び文部科学省の「先端研究基盤整備事業」から支援を受けています。

パワーダイヤモンドシステムズは、ウエサダ大学にある企業育成センターに拠点を置き、エネルギー社会におけるさらなる省エネに貢献する超コンパクトで高効率なインバータモジュールの実現を目指しています。興味のある方は、公式ウェブサイトをご覧ください。