三菱電機・東京科学大・筑波大・Quemix、シリコンに注入した水素が自由電子を生成するメカニズムを解明 (2026.1.14)

　三菱電機株式会社（以下、三菱電機）、国立大学法人東京科学大学（以下、Science Tokyo）、国立大学法人筑波大学（以下、筑波大学）、株式会社Quemix（キューミックス、以下、Quemix）の4者は、シリコンに注入した水素が特定の欠陥(※1)と結合することで自由電子(※2)を生成するメカニズムを世界で初めて(※3)解明しました。本メカニズムの解明により、IGBT(※4)（Insulated Gate Bipolar Transistor）の電子濃度制御を高度化し、構造設計や製造方法を最適化することが可能となるため、電力損失の低減に貢献できます。また、将来的には、UWBG(※5)（Ultra Wide Band Gap）材料を用いたデバイスへの展開が期待できます。

　三菱電機と筑波大学は、2023年に共同で、シリコン中の電子濃度の増加に寄与している複合欠陥(※6)を発見し、それが格子間シリコン対と水素の結合により形成されることを明らかにしましたが、その過程で自由電子が新たに生成する理由は不明でした(※7)。4者は今回、この複合欠陥に着目し、第一原理計算(※8)などを行い、複合欠陥中で水素がどのように存在するかを明らかにしました。また、この複合欠陥から自由電子が生成していることを裏付ける理論として、水素が電子を放出する理由や、電子がシリコン中で自由電子となるメカニズムも解明しました。さらに、本理論の拡張により、将来のパワー半導体用材料として期待されていながら、電子濃度制御が非常に困難なダイヤモンドに当該メカニズムを適用できる可能性を示しました。
　なお、本成果の詳細は、ネイチャー（Nature）出版社が運営する学術誌のCommunications Materials誌（2026年1月13日（ロンドン時間）にオンライン公開）で発表しました。

詳細は日本経済新聞のプレスリリースをご覧ください。

　　　　　　筑波大学数理物質系　 梅田享英准教授