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JAXAがスマホ処理性能が最大10倍になる半導体の高性能単結晶

ニュースイッチ 7月25日(月)7時50分配信

ISSでの宇宙実験の成果を応用。半導体・材料メーカーとの共同研究を検討

 宇宙航空研究開発機構(JAXA)はスマートフォンやパソコンなどのトランジスタ基板として使える高性能の結晶の作製に成功した。国際宇宙ステーション(ISS)での宇宙実験の成果を応用。実験の条件を検討し、地上においてシリコン(ケイ素、Si)とゲルマニウム(Ge)の混合比率がほぼ半分ずつになるような結晶を作れた。

 SiとGeが半々の割合で混合する単結晶の基板ができれば、コンピューターの演算速度を2―10倍もしくは消費電力を5分の1以下にできるとされている。JAXAは現在、半導体メーカーや材料メーカーなどと共同研究を検討している。

 研究グループは2013―14年に、液体が対流しにくいISSの微小重力環境下で結晶の製造実験を実施。ISSで得られた結晶の成長メカニズムを基に地上での製造を始めた。

 Geの丸棒をSiの丸棒で挟みこんだ試料をカートリッジに装填し、試料の部位に温度差(温度勾配)をつけられる専用の炉に入れ1000度C以上で加熱した。液体になったGeにSiが少しずつ溶け出し、液体中で濃度勾配がついた後、拡散が起こり均一な結晶ができる仕組みだ。

 試料にかける温度勾配を1センチメートルにつき5度―7度Cと、宇宙での実験条件よりも温度勾配の傾きを小さくして試料内部の対流を抑制。GeとSiの濃度のムラを1%以下に抑えた高精度な結晶を作れた。試料の直径を50ミリメートルにまで大口径化することにも成功した。

 代表研究者の木下恭一元JAXA主幹研究員は「今後、磁場を利用して対流を抑えるなどの工夫を施し、地上での実験を進めていきたい」としている。

最終更新:7月25日(月)7時50分

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