日本原子能研究所與獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（以下簡(jiǎn)稱產(chǎn)綜研），日前成功地聯(lián)合開(kāi)發(fā)出了采用碳化硅半導(dǎo)體底板的晶體管。作為晶體管性能指標(biāo)的溝道遷移率（電子活動(dòng)的難易度），突破了實(shí)用化所要求的標(biāo)準(zhǔn)（200cm2/Vs），達(dá)到了全球最高水平，即 230cm2/Vs。如果碳化硅半導(dǎo)體得以實(shí)現(xiàn)，就能開(kāi)發(fā)出比過(guò)去的硅半導(dǎo)體體積更小、耗電量更低的半導(dǎo)體元件�？稍陔娏Α㈣F路和家電等各種領(lǐng)域當(dāng)作電力控制元件來(lái)使用。另外，由于抗放射線特性比硅元件高數(shù)十倍，因此在航天和原子能領(lǐng)域也有望用來(lái)“抗放射線輻射”。

碳化硅由硅元素和碳元素構(gòu)成，因元素排列方式的不同、有很多種結(jié)晶類型。其中，立方體單結(jié)晶的電氣特性最好，不過(guò)，高品質(zhì)結(jié)晶不易培育，必須開(kāi)發(fā)結(jié)晶生長(zhǎng)技術(shù)。另外，要想制作碳化硅元件，關(guān)鍵在于對(duì)形成pn結(jié)時(shí)必須的導(dǎo)電類型的控制以及優(yōu)質(zhì)絕緣膜形成技術(shù)的開(kāi)發(fā)。

原子能研究所和產(chǎn)綜研2002年7月開(kāi)始聯(lián)手開(kāi)發(fā)，以便聯(lián)合對(duì)上述課題進(jìn)行攻關(guān)，其中由產(chǎn)綜研負(fù)責(zé)在碳化硅底板上形成高品質(zhì)單結(jié)晶的培育技術(shù)，由原子能研究所負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)晶體管制造技術(shù)。結(jié)果，產(chǎn)綜研在由日本HOYA尖端半導(dǎo)體公司提供的立方體結(jié)晶碳化硅底板上，使用通過(guò)對(duì)原料氣體進(jìn)行熱分解使之在底板上堆積成分元素的化學(xué)氣相成長(zhǎng)法，對(duì)條件進(jìn)行優(yōu)化，成功地形成了優(yōu)質(zhì)的p 型立方體結(jié)晶膜。

原子能研究所利用過(guò)去積累的技術(shù)，在這種單結(jié)晶膜上高溫注入離子后，通過(guò)摻雜（磷），部分地形成了n型區(qū)。利用燃燒氫氣進(jìn)行氧化的技術(shù)，形成了優(yōu)質(zhì)絕緣氧化膜。由此就解決了長(zhǎng)期懸而未決的技術(shù)課題，成功地制造出了高性能電場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）。

作為晶體管性能指標(biāo)的溝道遷移率，超過(guò)了實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)（200cm2/Vs），達(dá)到了全球最高的230cm2/Vs。以立方體結(jié)晶碳化硅為底板的半導(dǎo)體元件雖說(shuō)不適合于數(shù)kV以上的超高電壓控制，但對(duì)市場(chǎng)規(guī)格最大的數(shù)百V級(jí)家電產(chǎn)品則是最合適的，一旦達(dá)到實(shí)用化，就有望得到良好的節(jié)能效果。另外，由于這種元件放射線能力強(qiáng)，因此還有望在航天和原子能產(chǎn)業(yè)發(fā)揮威力。今后，在朝著實(shí)用化進(jìn)一步提高結(jié)晶品質(zhì)和溝道遷移率的同時(shí)，還將逐步確立長(zhǎng)期懸而未決的MOSFET驅(qū)動(dòng)所需的最低電壓即“閥值電壓”的控制技術(shù)及絕緣氧化膜的可靠性增強(qiáng)技術(shù)。