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-- 다이아몬드 반도체 실용화를 위한 n형 다이아몬드 개발도 진전을 보이고 있습니다
도쿄 2025년 3월 5일 /PRNewswire=연합뉴스/ -- Orbray는 20mmX20mm크기의 세계 최대 독립형 단결정 (111) 다이아몬드 기판 생산 기술을 개발하였습니다. 이 성과는 다이아몬드 기반 양자 장치와 전력장치를 발전시키는데 있어 중요한 단계를 의미합니다. Orbray는 2026년까지 대형 (111) 다이아몬드 기판을 상용화하는 것을 목표로 하고 있으며, 다이아몬드 반도체 소자를 주류로 만드는 데 중요한 부품인 n형 자립형 다이아몬드 기판 개발에도 적극적으로 나서고 있습니다.
Figure: Freestanding 20mm square single-crystal (111) diamond substrate.
다이아몬드 반도체는 뛰어난 특성 덕분에 다양한 응용분야에서 개발되고 있습니다. 최근 몇 년 동안 증가하는 산업 수요를 충족하기 위해 다이아몬드 기판의 크기를 늘리고 품질을 개선하는 데 상당한 진전이 있었습니다. 고품질 (111) 다이아몬드 기판은 Nitrogen-Vacancy (NV) 중심을 포함하는 다이아몬드 양자 소자의 개발에 특히 많은 관심을 끌고 있습니다. 또한 (111) 다이아몬드 기판은 양자 응용뿐만 아니라 다이아몬드 power device를 포함한 고성능 n형 다이아몬드 기반 장치를 달성하는 데에도 필수적이라 여겨집니다. 그러나 큰 면적의 (111) 다이아몬드 기판을 만드는 것은 어렵고 성공은 제한적이었습니다. 지금까지 2mm 정사각형 크기의 소규모 (111) 다이아몬드 결정만 사용할 수 있었습니다. 게다가, 이 결정들은 twin Crystal로 알려진 결함발생이 보여지기 때문에 대구경 단결정 다이아몬드 기판의 생산에 큰 도전 과제를 제기 하였습니다.
2021년 9월 9일 보도자료를 통해 독자적인 스텝 플로우 성장법을 사용하여 고품질의 2인치(100) 독립형 다이아몬드 기판 (제품명: KENZAN Diamond)을 성공적으로 개발했다고 발표했습니다. 다이아몬드 결정 성장 기술을 기반으로 특별히 설계된 사파이어 기판을 활용하여 회사는 (111) 단결정 다이아몬드 self-standing 기판 개발을 진행해 왔습니다
이 연구는 Twin defect 결함이 없는 20mm 정사각형 (111) 단결정 다이아몬드 자립 기판을 성공적으로 만들게 되었습니다
Orbray는 2026년까지 이 기술을 상용화할 계획입니다. 이러한 발전은 Diamond semiconductor 디바이스 발전에 큰 진전을 이루리라 기대하고 있습니다.
<연구결과와 관련된 출판물>
March 15, 2025, The Japan Society of Applied Physics (JSAP) Spring Meeting: "Large-Diameter (111)-Plane Diamond Free-Standing Crystal Growth"
May 11-15, 2025, International Conference on New Diamond and Nano Carbons: "World-first self-standing (111) heteroepitaxial diamond without twin grown on sapphire substrate"
<Glossary>
*1 양자 장치 (Quantum Device)
양자 장치는 원자수준의 자성(스핀)을 나타내는 다이아몬드의 결정 결함인 질소-공백(nitrogen-vacancy) 중심을 활용합니다. 양자 컴퓨터와 자기장, 온도, 압력에 대한 고감도 센서를 개발하려는 전 세계적인 경쟁이 가속화되고 있습니다.
*2 n-형 다이아몬드 (n-Type Diamond)
인(P)이 도핑된 다이아몬드 반도체는 전력장치와 양자장치의 성능을 향상시키는 데 핵심적인 역할을 합니다. 신뢰할 수 있는 반도체 장치는 p형 반도체 다이아몬드와 n형 반도체 다이아몬드를 결합하려 만들 수 있습니다. 그러나 인(P)을 (100)단결정 다이아몬드에 주입하는 것은 어렵습니다. 하지만 (111)평면을 사용하면 n형 다이아몬드를 만드는 과정이 훨씬 쉬워집니다.
*3 Twin Crystals
이것은 두 개 이상의 동일한 결정이 특정 평면을 따라 회전 대칭 또는 거울 대칭을 나타내어 불규칙한 원자 배열을 초래하는 현상입니다. (111)다이아몬드 결정에서는 180도 회전된 Twin Crystal이 형성될 가능성이 더 높습니다.
*4 단계 흐름 성장 방법 (Step-Flow Growth Method)
이것은 Orbray의 독자적인 결정 성장 기술입니다. 사파이어 기판의 결정 방향을 A평면에 대해 몇도 기울이면 다이아몬드 성장을 위한 원자 수준의 계단식 구조를 만들 수 있습니다. 결정은 계단을 가로질러 측면 방향으로 성장(흐름)하여 헤테로 에페텍셜 응력을 크게 줄이고 결정의 품질을 향상시킵니다.
(https://orbray.com/magazine_en/archives/811)
*5 보도자료
초 고순도 2인치 다이아몬드 웨이퍼의 대량 생산 기술 제공;;
양자 컴퓨팅의 실현을 촉진할 것으로 기대됨
https://orbray.com/magazine_en/archives/1401
오브레이 주식회사 소개 (About Orbray Co., Ltd.)
Head Office: 3-8-22 Shinden, Adachi-ku, Tokyo, Japan
Established: August 28, 1953. Capital: 100,000,000 JPY.
Employees: 1000 (January 1, 2025)
1939년 전기 계량기에 사용되는 베어링용 정밀 보석 제조업체로 설립되었습니다.
우리의 핵심 기술인 절단, 연마, 연마를 통해 최첨단 기술과 장인 정신을 융합하여 시대를 앞서가는 정밀한 보석 부품을 생산합니다. 현재 저희는 정밀 보석 부품, 소형 직류 모터, 의료 장비 및 기타 첨단 제품을 생산하고 있습니다.
[기사 관련된 한국내 문의]
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TEL: 031-630-2331 E-Mail: sy.park@gptelab.com
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