HEMT)の表面に、世界で初めて放熱性の高いダイヤモンド膜を形成する技術を開発しました。レーダーシステムに用いるトランジスタは、長距離対応にともなう高出力化のため発熱量が増大します。その発熱により性能が劣化するため、冷却装置が必要となりますが、高価かつ空調設備も含めた全体システムが大型になり設置場所が制限されるため、冷却装置の簡素化・小型化が課題となっています。HEMTの裏面側から効率的に放熱させることに成功していますが、より高い放熱効果を得るためには、表面側にも放熱に優れたダイヤモンド膜を形成する技術が必要となります。HEMTを破壊してしまうという問題がありました。HEMTの表面に放熱性の高いダイヤモンド膜を形成する技術を開発し、動作時の発熱量を40%低減することに成功しました。HEMTを利用したレーダーシステムの小型化が可能となります。支援を受けて実施されました。EXHIBIT」にて発表します。HEMTは、高周波増幅器のトランジスタとして、気象レーダーや無線通信などに広く利用されています。今後、局所的な集中豪雨の高精度な観測や、安定したミリ波大容量通信環境を実現するためには、レーダーおよび基地局の設置数を増やす必要があります。HEMTの高出力動作時は、内部温度の上昇により性能が劣化するため、冷却装置の設置によるシステムの大型化が設置数の増加を阻む要因の一つとなっていました。HEMTの内部温度を下げることが考えられます。この時、ダイヤモンドの内部に熱がこもらないよう、効率よく熱を通すためには大きな粒径のダイヤモンド結晶が必要となります。HEMTを破壊してしまうという問題がありました。HEMTが破壊されない低温(~650°C)でダイヤモンド膜を形成すると、ダイヤモンドの原料となるメタンガスへ与える熱のエネルギーが小さくなり、ダイヤモンドが形成されなかったり、数百ナノメートル以下の小さいダイヤモンド粒子(ナノダイヤモンド)だけが形成され、さらには各粒子がバラバラの方向を向いた結晶の集合体となり、粒子間での効率的な熱の伝達が阻害されたりする問題がありました(図1)。HEMTの動作実証に世界で初めて成功しました。HEMTの表面全体に直径数ナノメートル程度の極めて微小なナノダイヤモンド粒子を配置します。その後、このナノダイヤモンド粒子を高い熱エネルギーを持ったメタンガスにさらすことによって、メタンガス中に含まれる炭素をダイヤモンドに変化させ、配置した粒子に取り込ませることができます。炭素は高いエネルギーを持つと、ある特定の方向を向いたダイヤモンドに選択的に取り込まれるという性質を持つため、同じ方向を向いたダイヤモンドが結合し大きくなることができます。メタンガスへ与える熱エネルギーが小さい場合、メタンガス中に含まれる炭素は配置したナノダイヤモンド粒子に取り込まれるために必要なエネルギーが得られません。そのため、バラバラの方向を向いた小さな粒子の集合体となります。富士通は、このダイヤモンド形成時の圧力やダイヤモンドの原料となるメタンガスの濃度によってメタンガスが受け取る熱エネルギーが変化することに着目し、低温条件でありながら特定の方向を向いたナノダイヤモンド粒子を選択的に大きくできることを見出しました。これにより、ナノダイヤモンドを1000倍大きなマイクロメートルサイズのダイヤモンドへと変化させることが可能となります(図2)。HEMTの放熱を効率よく行うことができます。HEMT動作時の発熱量をダイヤモンド膜なしの場合と比較して約40%低減し、温度を100°C以上低下させることが可能となります。HEMTの表裏両面をダイヤモンド膜で覆うことが可能となり、発熱量を約77%減と大幅に低減できる見込みです(図3)。これにより、これまで大型の冷却装置が必要だった高性能なレーダーシステムに小型の冷却装置が適用できるため、設置場所の省スペース化と設置数の増加を促進できます。その結果として、高精度な気象予測が可能となり、例えば、ゲリラ豪雨に発展する積乱雲を早期に発見するなど、防災面で安心・安全な社会を実現できます。HEMT増幅器の2022年度の実用化を目指します。商標について記載されている製品名などの固有名詞は、各社の商標または登録商標です。窒化ガリウム(GaN):ワイドバンドギャップ半導体で、シリコン(Si)やガリウムひ素(GaAs)など従来の半導体材料に比べ、電圧による破壊に強いという特長がある。高電子移動度トランジスタ:バンドギャップの異なる半導体の接合部にある電子が、通常の半導体内に比べて高速で移動することを利用した電界効果型トランジスタ。携帯電話機、GPSを利用したナビゲーションシステム、広帯域無線アクセスシステムなど、IT社会を支える基盤技術として広く使用されている。デバイス&マテリアル研究センター046-250-8243(直通)next-press@ml.labs.fujitsu.comプレスリリースに記載された製品の価格、仕様、サービス内容、お問い合わせ先などは、発表日現在のものです。その後予告なしに変更されることがあります。