日本文部科學(xué)省(簡稱“文科省”)將于2016年度內(nèi)啟動(dòng)名為“有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能社會(huì)的新一代半導(dǎo)體研究開發(fā)”的GaN功率元件開發(fā)項(xiàng)目。相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹說，“這是文科省的第一個(gè)電子元器件項(xiàng)目”。該項(xiàng)目的核心力量是2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主——名古屋大學(xué)的天野浩教授領(lǐng)導(dǎo)的研發(fā)小組。項(xiàng)目為期5年，第一年(2016年度)的預(yù)算為10億日元。

天野教授2014年因發(fā)明藍(lán)色LED而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，據(jù)介紹，這也是設(shè)立該項(xiàng)目的一個(gè)契機(jī)。在日本內(nèi)閣府和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省都有新一代功率半導(dǎo)體研發(fā)項(xiàng)目的情況下，“此項(xiàng)目的特點(diǎn)是瞄準(zhǔn)(功率元件的)用途，回過頭去做GaN的基礎(chǔ)研究，解明其原理”(文科省負(fù)責(zé)人)。

分晶體、器件、評(píng)價(jià)3個(gè)研究領(lǐng)域

該項(xiàng)目設(shè)置了三大研究領(lǐng)域，第一是開發(fā)適合功率元件的高品質(zhì)GaN晶體。這是該項(xiàng)目的核心。將以名古屋大學(xué)為中心，還有大阪大學(xué)及豐田中央研究所(豐田中研)等參加，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人是天野教授。

在這個(gè)核心點(diǎn)上，為了制作缺陷少的高品質(zhì)GaN晶體，將考慮確立在晶體生長過程中實(shí)時(shí)觀測(cè)情況，以解明缺陷機(jī)制和加以控制的技術(shù)。并且，還將通過新的晶體生長模擬來解明晶體生長過程及控制方法。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“第一性原理計(jì)算”、“熱力學(xué)分析”、“數(shù)值流體力學(xué)”3者無縫連接進(jìn)行分析的“多物理場晶體生長模擬”。

第二是制作功率元件的“功率器件與系統(tǒng)領(lǐng)域”。這部分由曾在豐田中央研究所進(jìn)行GaN類半導(dǎo)體元件研究、目前就職于名古屋大學(xué)的加地徹?fù)?dān)任負(fù)責(zé)人。有日本北海道大學(xué)、日本法政大學(xué)及豐田中研等參加。

第三是評(píng)價(jià)前兩個(gè)領(lǐng)域制成的晶體和功率元件的“評(píng)價(jià)基礎(chǔ)領(lǐng)域”。由日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)的小出康夫擔(dān)任負(fù)責(zé)人。有東北大學(xué)、豐田合成及富士電機(jī)等參加。

2030年實(shí)現(xiàn)開關(guān)頻率1MHz以上、輸出功率100kVA以上

此次的項(xiàng)目瞄準(zhǔn)2030年實(shí)用化，提出了5年后要達(dá)成的研究目標(biāo)。2030年的實(shí)用化目標(biāo)大致有兩方面。第一，實(shí)現(xiàn)開關(guān)頻率1MHz以上、且以100kVA以上的輸出功率工作的功率元件。打算主要通過在GaN基板上層疊GaN類半導(dǎo)體的“立式”元件來實(shí)現(xiàn)。

第二，實(shí)現(xiàn)在功率元件上集成控制電路等外圍電路的“智能功率器件”。設(shè)想主要通過橫式元件實(shí)現(xiàn)。

為了完成2030年的這些目標(biāo)，5年后要達(dá)成的目標(biāo)如下。

在晶體領(lǐng)域，不僅是要制作高品質(zhì)的晶體，而是要制作適合功率元件的晶體。要明確晶體缺陷的發(fā)生機(jī)制，開發(fā)晶體生長模擬方法等。

在功率元件領(lǐng)域，將瞄準(zhǔn)量產(chǎn)，開發(fā)能穩(wěn)定制作該元件的技術(shù)。在評(píng)價(jià)領(lǐng)域，要制定肖特基結(jié)、PN結(jié)及MIS結(jié)等“基礎(chǔ)元件構(gòu)造”的電氣評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也就是“以制作TEG(TestElementGroup)為目標(biāo)”(文科省負(fù)責(zé)人)。