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No.135 ダイヤモンド半導体、宇宙時代に活躍するメイド・イン・ジャパンの技術

BJI ブログ No.135

ダイヤモンドといえば、ジュエリーをイメージされる人が多いのではないでしょうか。ところが、実際発掘されるダイヤモンドの8割以上が工業用ダイヤモンドとして、工事現場で目にするアスファルトを切断するドリルや医療用のメス、近年アナログレコード再燃で必要になっているレコード針などにも使用されています。合成ダイヤモンドも使用されることも多くなってきました。

そんな中で今注目されているのが、「ダイヤモンド半導体」。半導体といえば、日本が誇る技術として知られていますが、そのICチップ(半導体集積回路)の材料となる、半導体物質の結晶でできた円形の薄い板はウェハ(wafer)と呼ばれ、一般的にはシリコン(ケイ素)の単結晶からできています。

ダイヤモンドは、シリコンなどの素材と比べると絶縁耐圧や熱伝導率といった物理特性に優れているので、”究極の半導体” になると言われながら、技術的に実用化がむずかしいとされてきました。ところが、近年日本の研究グループや企業などで、種結晶から直接薄板状のダイヤモンド単結晶を作る「ダイレクトウェハ化技術」の開発に成功し基礎技術が大いに発展し、実用化の可能性が見えてきました。

特に2021年日本のアダマンド並木精密宝石株式会社(東京都足立区)と佐賀大学の研究者たちが、今まで1.5インチ(約4cm角)のサイズだったダイヤモンドウェハを2インチ(5cm角)にすることに成功し、さらに大量生産できる新しい方法を開発したことが大きな話題となっています。今後、量子コンピュータの実現につながることが期待され、本製品は2023年に製品化の予定です。

と言われても、今一つピンと来ないかもしれませんが、お花を生ける時使う剣山のような形からその名がついた「ケンザンダイヤモンド」と呼ばれるダイヤモンドウェーハは、超高純度のダイヤモンドにより10億枚のBlu-Rayディスクに相当するデータを保存できるのだとか。

2022年5月11日付の佐賀新聞によると、「現在、地上にある携帯電話の基地局を人工衛星に移す計画が具体化しており、ダイヤモンド半導体は人工衛星搭載の送信用パワー半導体として最適」なのだそう。

宇宙空間は宇宙線と呼ばれる放射線が飛び交い、半導体が誤動作をしたり、半導体を壊したりする問題が起こっているので、その解決策としても期待されています。佐賀大学の嘉数教授は「ダイヤモンド半導体は宇宙線への耐久性がある。宇宙であれば少々コストが高くても入って行ける」とし、JAXA(宇宙航空研究開発機構)と共同研究を始める計画があることを発表しました。

1980年代後半から1990年代の前半にかけて世界のトップを走っていた日本の半導体。その後アメリカ、韓国などに抜かれてすっかり元気がなくなっていますが、このダイヤモンド半導体の技術開発によって、逆転なるか……。

それにしても、「宝石の王様、ダイヤモンド」は、半導体の世界においても「王様」なんですね。

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