「ほぼ絶縁体であるダイヤモンドが半導体になるはずがない!」…シリコンの5万倍「ケタ違いの大電力量制御の力」を持つ「ダイヤモンド半導体」が実現に近づいた「別分野の同僚のある一言」

ジュエリーとしておなじみのダイヤモンドが、次世代の半導体素材として注目されています。その理由は、「桁違いの大電力を制御できる可能性」を秘めているから。

社会において大きな電力を制御する必要性は、年々高まっています。電気自動車の普及が進み、電気で動く空飛ぶクルマや飛行機も登場。さらに電力需要が増え、変電所が扱う電力も大きくなると考えられています。

そこで、実用化が期待されているのが、現在主流のシリコンに比べて5万倍(理論値)の電力を制御する力があるダイヤモンドの半導体なのです。省エネの重要性も高まる今、電力損失を大幅に軽減できるダイヤモンド半導体には世界から熱い視線が向けられています。

しかし、その開発の道のりは困難の連続。開発を前進させたのは、研究者同士の意外な出会いでした。実現すれば、その活用の場は、大容量無線通信から医療機器、宇宙空間にまで広がります。従来の半導体ではカバーできない領域での実用化を目指す、半導体開発の最前線に迫ります。(サイエンスZERO取材班)

半導体/NHK提供
 

「究極の材料」を半導体にする偶然見つかった突破口

そもそも半導体とは、電気を通す「導体」(鉄・銅など)と、電気を通さない「絶縁体」(ガラス・ゴムなど)の間の性質を持つ物質のこと。この半導体は、熱を持っているときに導体、冷えると絶縁体になるというように、条件を変えることで電気の通りやすさをコントロールできます。つまり、ON/OFFの「スイッチ」のように働くことができます。

一つの半導体の素材の上には、この「スイッチ」がナノ単位でたくさん(多いもので1センチ角の半導体の中に数十億個)書き込まれていて、これらがさまざまなON/OFFの組み合わせをつくることで、複雑な情報処理をしたり、電気を制御したり、センサーとしての役割を果たしたりしているのです。

そんな半導体をダイヤモンドで作ろうという開発が始まったのは、30年ほど前。これまでにない大きな電力を扱える素材として注目されました。ただ、ダイヤモンドそのものは、ほとんど電気を通さない、ほぼ絶縁体の物質です。

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