ダイヤモンドは誰でも知っている宝石だろう。「宝石の王様」感もある。またとても硬いことでも知られている。そんなダイヤモンドを微細にして加工すると、延びやすくなり、更に延びた状態では電気も通しやすくなるとの報告が最近されている。半導体としても使用できるかもしれない、とのこと。
今回は幅100nm(0.1μm、1万分の1mm)で試験したとのことで、物質を微細にするとマクロな状態とは異なる物性を示すことは珍しいことではない。恐らくだが、表面の影響が大きくなること、結晶粒界の影響が出にくくなること、量子効果が出てくること等が理由としては考えられる。
それで、ダイヤモンドをシリコンに替わる半導体として用いることができるかを調べてみると、結構期待されている素材であるらしいことがわかったので、これを下に記載する。
元々ダイヤモンドはC(炭素)原子が3次元的に結合した構造を持つ。炭素原子には結合の手が4つあり、それを全て使用して3次元構造となる。これに対してC原子が2次元的に結合したのがグラファイトやグラフェンとなる。このためダイヤモンドは3次元のどの方向からも等しい性質を持つがグラファイトは層状化合物で薄片が剥離する。またSi(シリコン)とC(炭素)は周期律表で上下の関係であり(同族元素)、性質が近しい。なのでダイヤモンドはシリコンの代替物となりうる。
また、ダイヤモンドは熱伝導率が高く、電気伝導度が低いという特性を持ち、更に電力密度が非常に大きいためにパワーデバイス(電力制御用半導体)として極めて有望らしい。詳細は産総研(産業技術総合研究所)の方がまとめた下の資料に詳細が記されている。
https://shingi.jst.go.jp/past_abst/abst/p/15/kisoken1/kisoken107.pdf
課題は低コストで大面積なダイヤモンドが得られないことであるらしい。この分野は日本が比較的まだ優位に立っているらしいので、是非画期的な技術を開発して少しでも現在の劣勢を挽回してほしい。
#ダイヤモンド #半導体 #パワーデバイス
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