ダイヤモンドを放熱材とする窒化ガリウム・トランジスターの製作に成功、温度上昇を約3分の1に抑え特性を改善

ダイヤモンドを放熱材とする窒化ガリウム・トランジスターの製作に成功、温度上昇を大幅に抑え特性を改善大阪市立大学は3月18日、ダイヤモンドと窒化ガリウム(GaN)の直接接合技術を活かして、ダイヤモンドをベースとした窒化ガリウム・トランジスターの製作に成功したと発表した。次世代トランジスターの素材として期待される窒化ガリウムに高い放熱性を持たせることで、レーダーやインバーターなどの高出力、大電力用途に使用範囲が広がると期待される。

次世代トランジスターとされる窒化ガリウムを材料としたトランジスターは、従来のシリコン(Si)ベースのトランジスターに比べて高周波で駆動し、高出力に対応できる利点があるため携帯電話の基地局などで使われているが、大量の熱を発生することにより性能が制限されてしまう欠点がある。現在、放熱性に優れたダイヤモンドに窒化ガリウムを接合し熱問題に対処する技術が方々で研究されているが、トランジスター製作後にダイヤモンドと接合する方式のため、大面積化が困難という弱点がある。

大阪市立大学大学院工学研究科の梁剣波准教授、重川直輝教授は、東北大学金属材料研究所 大野裕特任准教授、永井 康介教授、物質・材料研究機構(NIMS) 清水康雄博士、エア・ウォーター 川村啓介博士らからなる共同研究グループで、窒化ガリウムとダイヤモンドを接合してからトランジスターを作る技術を開発した。同研究グループは、2021年9月に窒化ガリウムとダイヤモンドの直接接合に成功し、摂氏1000度の熱処理に耐えることを実証していたが、今回はその技術を使って、ダイヤモンドに接合した窒化ガリウムを摂氏800度で熱処理し、放熱性に優れたトランジスターを製作した。

(a)(b)窒化ガリウムとダイヤモンドを接合させた試料。(c)ダイヤモンド上に作られた窒化ガリウム・トランジスターの光学顕微鏡写真。(d)ゲート電極断面の走査型電子顕微鏡像

まずはシリコン基板上に堆積させた窒化ガリウム層と炭化ケイ素バッファ層をシリコンから分離し、表面活性化接合法(真空中でアルゴン原子ビームを照射し試料同士を密着させて荷重をかける方法)でダイヤモンドに接合させた。摂氏800度の熱処理などの工程を経た後に、それを使ってトランジスターを製作。高品質な炭化ケイ素バッファ層により、トランジスターに加工した後も膜剥がれは起こらず、良好な接合が実現した。

確認のため、シリコン基板上に作られたまったく同じ窒化ガリウム・トランジスターと特性を比較したところ、同じ電力を投入したときの温度上昇は、ダイヤモンドはシリコンの約1/3であり、それによりトランジスター特性が改善することが実証された。

窒化ガリウムとダイヤモンドを接合した後にトランジスターを作る方式なので大面積化が可能になり、集積化した際の放熱特性が改善される。そのため、レーダーやインバーターなどの高出力、大電力の用途に利用範囲が拡大するとのことだ。「本研究の成果が早期に実用化され、窒化ガリウム素子、集積回路の放熱性向上、SDGs達成につながることを期待します」と梁准教授は話している。

ダイヤモンドの「NV中心」による温度計測に成功、高空間分解能で高感度な温度センサーに応用できる可能性を発見

ダイヤモンドの「NV中心」による温度計測に成功、高空間分解能で高感度な温度センサーに応用できる可能性を発見

研究に用いた実験装置の概略。左下図は、ダイヤモンド結晶中の窒素-空孔(NV)中心の原子構造を示す

筑波大学(長谷宗明教授)と北陸先端科学技術大学院大学(安東秀准教授)からなる研究グループは3月9日、ダイヤモンドの結晶に作られる格子欠陥を用い、非線形光学効果に基づいた、高空間分解能かつ高感度な温度センサーが実現可能であることを発見したと発表した。ナノメートルの超高速時間領域での量子センシングの実現につながるという。

非接触型の温度センサーには、おもに量子センサーが使われている。なかでもダイヤモンドの中に不純物として含まれる窒素(N)と、その隣にできる炭素原子の抜け穴(V)が対になった「NV中心」の、周辺の温度や磁場を敏感に検知して量子状態が変化する特性を活かした非接触型量子センサーは、高い空間分解能と感度が求められる細胞内計測やデバイス評価装置のセンサーなどへの応用が期待されている。

研究グループは、NV中心を人工的に作りダイヤモンド結晶の対称性を壊すことで、2次の非線形効果であり、入射光に対して2倍の周波数の光を放出する第二高調波発生(SHG)が発現することを以前に突き止めていた。今回の研究では、それを踏まえ、NV中心を含むダイヤモンドに赤外域の超短パルスレーザーを照射し、SHGおよび、3倍の周波数の光を放出する第三高調波発生(THG)の発光強度の温度依存性を調べ、非線形光学効果に基づく温度センサーの可能性を探った。

その結果、NV中心を含むダイヤモンドのSHGから得られる温度センサーとしての感度は、高純度ダイヤモンドのTHGから得られるものの3倍以上も大きいことがわかり、新しい温度センシング技術開発の可能性が示された。

今後は、ここで得られた技術を深め、ナノスケールで超高速時間領域(時空間極限領域)での量子センシングの研究を進めるという。研究グループは、ダイヤモンドのNV中心から引き出される非線形光学効果が、電場や温度のセンシングに幅広く応用できることを示してゆくと話している。

物質・材料研究機構と筑波大学、新製法によるダイヤモンド電界効果トランジスターで高い移動度とノーマリオフ動作を実証

新製法によるダイヤモンド電界効果トランジスターで高い移動度とノーマリオフ動作を実証

(a)今回の研究で作製したダイヤモンド電界効果トランジスターの構造。正孔の密度と移動度を正確に評価するために、ゲート電圧をかけながらホール(Hall)効果の測定が可能な構造にした。(b)ダイヤモンド表面を水素プラズマにさらして水素終端化したあと、大気にさらさずArで満たされたグローブボックスに搬入し、その中で劈開(へきかい。鉱物などが特定方向に沿って割れること)した六方晶窒化ホウ素単結晶薄片を貼り付けることで、アクセプターとして働く大気由来の吸着物を低減した

物質・材料研究機構 (NIMS) と筑波大学は1月18日、新しい設計指針に基づいて作製されたダイヤモンド電解効果トランジスターで、高い正孔移動度とノーマリオフ動作を実証したことを発表した。低損失の電力変換や高速情報通信に資する素子の実現につながるという。

ダイヤモンドは、バンドギャップが広い炭化シリコン(SiC)や窒化ガリウム(GaN)と比べても、さらにバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体としての特性に優れている。そのため、電力を制御するパワーエレクトロニクスや情報通信などにおいて、高電圧・高温・高速・低損失で動作する素子の材料になりえる。だが、これまで研究されてきた、表面の炭素が水素と結合した水素終端ダイヤモンドを使った電解効果トランジスターでは、移動度(電流を担う正孔の動きやすさ)が本来の1/10から1/100に低下するといった問題があった。

そこで研究グループは、これまで使われてきたアルミナなどの酸化物に代えて六方晶窒化ホウ素をゲート絶縁体に使い、水素終端ダイヤモンドの表面を大気にさらさない新しい製造方法を用い、オン状態での移動度が従来の5倍以上という高性能なトランジスターを開発。同時に、安全性の面から重要となるノーマリーオフ動作(ゲートに電圧がかからないときは電流が流れない)も実現された。これまでのダイヤモンド電解効果トランジスターでは、逆のノーマリーオンの状態が示されおり、特にパワーエレクトロニクスにおいては、安全性に問題があった。

さらに、これまで水素終端ダイヤモンドで電気伝導性を生じさせるために不可欠とされていながらトランジスターの性能を制限していた「アクセプター」が不要であることも判明した。

移動度が高くなれば、抵抗を下げて損失を低減できるため、素子の高速化と小型化が実現する。この技術を応用すれば、電気自動車やドローンなどで利用できる低損失で小型の電力変換装置や、携帯電話基地局や人工衛星などで利用できる高出力高周波増幅器などの実現が期待されるという。

大切な人の遺灰をダイヤモンドに、オースティンのEternevaが約11億円調達

愛する人を失うというのは、人生の中でも最も辛い体験の1つだろう。

誰かの死を追悼するというと、葬儀の計画や、棺や墓石の選定などが一般的な行動である。そしてこれらは通常、葬儀屋の助けを借りて行われることが多い。

オースティンを拠点とするEterneva(エターネヴァ)は、終末期分野では珍しいダイレクト・トゥ・コンシューマー・ブランドを構築している企業だ。創業4年目となる同社は、火葬された人やペットの灰や髪の毛からダイヤモンドを製造している。非常に珍しい事業ではあるが、死後も大切な人の一部を身近に置いておきたいという人々の共感を得ているようだ。

CEO兼共同創業者のAdelle Archer(アデル・アーチャー)氏によると、Eternevaは創業以来売上高が3桁の成長を遂げており、2020年には収益が2倍以上になったこともあるという。そして2021年7月下旬、Tiger Management(タイガー・マネジメント)が主導し、Goodwater Capital(グッドウォーター・キャピタル)、Capstar Ventures(キャスパー・ベンチャーズ)、NextCoast Ventures(ネクストコースト・ベンチャーズ)、およびダラスの億万長者であるMark Cuban(マーク・キューバン)氏が参加した「超過応募」となった1000万ドル(約11億円)のシリーズA資金調達ラウンドを発表した。ちなみにTiger Managementは、Julian Robertson(ジュリアン・ロバートソン)氏のヘッジファンドかつファミリーオフィスであり、Tiger Global Managementの大元である。

「非常に競争の激しいラウンドでした」とアーチャー氏はTechCrunchに語っている。「3つのタームシートを受け取り、オールスターの投資グループを編成することができました」。この投資グループには、Capstar(キャップスター)のマネージングディレクターであり、Eternevaの取締役にも就任したKathryn Cavanaugh(キャサリン・カバノフ)氏Softbank(ソフトバンク)で1000億ドル(約11兆円)規模のVision Fundを統括する女性トップパートナーのLydia Jett(リディア・ジェット)氏、Upfront Capital(アップフロント・キャピタル)のマネージングパートナーであり、VCファンドでマネージングパートナーになった初の女性の1人であり、女優のNatalie Portman(ナタリー・ポートマン)氏とともにAngel City(エンジェル・シティ)を共同設立したKara Nortman(カラ・ノートマン)氏が含まれている。

アーチャー氏と共同創業者のGarrett Ozar(ギャレット・オザー)氏は、BigCommerce(ビッグコマース)でともに働いた後、2017年の第1四半期にEternevaを立ち上げた。同社設立の背景にあるストーリーはアーチャー氏にとって非常に個人的なものだ。同氏の親しい友人であり、ビジネスメンターでもあったTracey Kaufman(トレーシー・カウフマン)氏が膵臓がんと診断され、47歳の若さでこの世を去った。近親者のいないカウフマン氏は、火葬された遺灰を叔母と親友、そしてアーチャー氏に残していったのだ。

「私たちはさまざまな選択肢を検討し始めましたが、見つけたウェブサイトはどれも精彩を欠き、パッとしないものばかりでした」とアーチャー氏は振り返る。「トレーシーはとてもすばらしい人でした。すばらしい人を失ったときには、その人を称えて追悼するためのもっと良い選択肢が必要だと感じました」。

当時、人工的なダイヤモンドを開発するスタートアップに取り組んでいたアーチャー氏。ダイヤモンドの研究を行う科学者と食事をしながら恩師の死について話していた時、その科学者が「知っていると思うけど、灰には炭素が含まれているからトレーシーの遺灰から炭素を取り出してダイヤモンドを作ればいいんだよ」と言ったのだ。

この言葉にアーチャー氏は度肝を抜かれた。

「これは必ずやらなければいけないと感じました。トレーシーは輝きに満ちた人だったので、ぴったりだと思いましたし、常に彼女の一部を身に着けることができるのです」。

Eternevaの共同設立者であるギャレット・オザー氏とアデル・アーチャー氏(画像クレジット:Eterneva)

これが同社が作った初のダイヤモンドだ。自身の製品の顧客となる機会を得たことが、その後の顧客体験を構築するために大いに役立ったとアーチャー氏は考えている。この事業こそ悲しむ人々に向けて「輝きと癒しをもたらし、愛する人を称える美しい方法」だと感じ、同氏はすぐにこのアイデアにコミットするようになった。

創業以来、Eternevaはこれまでに1000人以上の顧客のために約1500個のダイヤモンドを製作。無色はもちろん、ブラック、イエロー、ブルー、オレンジ、グリーンなど、ほぼすべての色に対応している。同社のダイヤモンドは2999ドルから(約33万円)で、サイズや色によって値段が上がっていくシステムだ。同社の事業の約40%をペットが占めている。

「私たちはこの分野において、他とはまったく逆の考え方を体現していると思います。多くの事業は終末期のプランニングやロジスティクスを解決しようと取り組んでいますが、私たちは人々が前進するのを支援し、人生を祝福するためのプラットフォームを構築することを目的としています」。

アーチャー氏によるとダイヤモンドの制作過程は複雑で、7〜9カ月の期間を要するという。ビデオや写真で各段階のプロセスをその都度共有することで、顧客に制作過程も体験してもらうというのが同社の考えだ。

「私たちは、顧客の悲しみが癒えるプロセスの段階とともにあるのだと感じています。初めは大きな孤独を抱えていますが、完成する頃には心のあり方が変化しています」。

新たな資本活用計画の1つは、制作過程においてより多くの人に直接参加してもらえるようにすることだ。例えば機械加工を始めたり、宝石デザイナーに大切な人の話をして、その人の人生を表すような細やかなディテールをあしらったカスタムデザインを考えたりできるようにするというものである。

またこの資金を利用して、企業との提携による葬儀社チャネルプログラムの全国展開や、オースティンにおける需要に対応するための運営とキャパシティの拡大を計画している。

同社は、より多くの人々が「従来の葬式を望まなくなっている」という事実に着目している。

「人々はカスタム性と意味合いを求めています。将来的にはさまざまなサービスや製品を提供するプラットフォームへと進化していきたいと考えています」。

同社はブランドの認知度も高めていきたいと考えており、最近では同社のダイヤモンドに関する十数本のTikTok動画が話題になったとアーチャー氏は話している。

シリーズA以前にEternevaは、エンジェル投資家や機関投資家から合計670万ドル(約7億4000万円)を調達している。そのシードラウンドは、2020年にオースティンを拠点とするSpringdale Ventures(スプリングデール・ベンチャーズ)が主導した300万ドル(約3億3000万円)だ。マーク・キューバン氏が最初に同社の投資家になったのは、アーチャー氏とオザー氏がリアリティ番組の「Shark Tank(シャーク・タンク)」に出演したときのこと。キューバン氏は60万ドル(約6600万円)の投資と引き換えに、同社の9%の株式を取得したのだ。同社が詐欺であるという主張があったにもかかわらず、キューバン氏はその背後にある科学を支持し、最新のラウンドにも資金を投入している。

Eternevaのダイヤモンドは「大切な人との繋がりを維持するための、ユニークで社会的に責任のある方法」だとキューバン氏は TechCrunchへのメール中で語っている。

「同社にはまだまだ成長の余地があり、前途有望です。それが今回の投資の理由です」。

愛する人の髪の毛や遺灰からダイヤモンドを作るというのは「とても個人的な思い入れが強い行為」だと同氏はいう。

「Eternavaは非常に感情的で困難な時間を、他の誰にも真似できないような信頼できる方法で、人々が人生を歩み続ける手助けをしているのです」とキューバン氏は付け加えている。

関連記事
英国で最大の遺言書作成者となったオンライン遺言・火葬サービスのFarewillが約27億円調達
死別の悲しみに暮れる家族のためのデジタルアシスタント「Empathy」が14億円調達
【コラム】もしものときにNFTや暗号資産を失わないようにする方法

カテゴリー:ネットサービス
タグ:Eternevaダイヤモンド資金調達

画像クレジット:Eterneva

原文へ

(文:Mary Ann Azevedo、翻訳:Dragonfly)