日本启动GaN开发项目,诺奖得主天野领军

日本文部科学省(简称“文科省”)将于2016年度内启动名为“有助于实现节能社会的新一代半导体研究开发”的GaN功率元件开发项目。相关负责人介绍说,“这是文科省的第一个电子元器件项目”。该项目的核心力量是2014年诺贝尔物理学奖得主——名古屋大学的天野浩教授领导的研发小组。项目为期5年,第一年(2016年度)的预算为10亿日元。

天野教授2014年因发明蓝色LED而获得诺贝尔物理学奖,据介绍,这也是设立该项目的一个契机。在日本内阁府和经济产业省都有新一代功率半导体研发项目的情况下,“此项目的特点是瞄准(功率元件的)用途,回过头去做GaN的基础研究,解明其原理”(文科省负责人)。

分晶体、器件、评价3个研究领域

该项目设置了三大研究领域,第一是开发适合功率元件的高品质GaN晶体。这是该项目的核心。将以名古屋大学为中心,还有大阪大学及丰田中央研究所(丰田中研)等参加,项目负责人是天野教授。

在这个核心点上,为了制作缺陷少的高品质GaN晶体,将考虑确立在晶体生长过程中实时观测情况,以解明缺陷机制和加以控制的技术。并且,还将通过新的晶体生长模拟来解明晶体生长过程及控制方法。目标是实现“第一性原理计算”、“热力学分析”、“数值流体力学”3者无缝连接进行分析的“多物理场晶体生长模拟”。

第二是制作功率元件的“功率器件与系统领域”。这部分由曾在丰田中央研究所进行GaN类半导体元件研究、目前就职于名古屋大学的加地彻担任负责人。有日本北海道大学、日本法政大学及丰田中研等参加。

第三是评价前两个领域制成的晶体和功率元件的“评价基础领域”。由日本物质材料研究机构的小出康夫担任负责人。有东北大学、丰田合成及富士电机等参加。

2030年实现开关频率1MHz以上、输出功率100kVA以上

此次的项目瞄准2030年实用化,提出了5年后要达成的研究目标。2030年的实用化目标大致有两方面。第一,实现开关频率1MHz以上、且以100kVA以上的输出功率工作的功率元件。打算主要通过在GaN基板上层叠GaN类半导体的“立式”元件来实现。

第二,实现在功率元件上集成控制电路等外围电路的“智能功率器件”。设想主要通过横式元件实现。

为了完成2030年的这些目标,5年后要达成的目标如下。

在晶体领域,不仅是要制作高品质的晶体,而是要制作适合功率元件的晶体。要明确晶体缺陷的发生机制,开发晶体生长模拟方法等。

在功率元件领域,将瞄准量产,开发能稳定制作该元件的技术。在评价领域,要制定肖特基结、PN结及MIS结等“基础元件构造”的电气评价标准,也就是“以制作TEG(Test Element Group)为目标”(文科省负责人)。



来源:日经技术在线

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