松波弘之(京都大学名誉教授)が語る 芝原健太郎の歩み–世界初の反転型SiC-MOSFETを実現–

松波弘之（京都大学名誉教授）が、芝原健太郎が世界初のSIC-MOSFETを自力で作製・動作実証した(1986年）ことを具体的に書いています。
さらにその後、松波研究室から黒田氏や芝原らがステップ制御エピタキシーをSSDMで発表(1987年）してSSDM賞を受賞したことや芝原の学位論文についても書かれています。

松波弘之（まつなみ ひろゆき）とは、京都大学名誉教授であり、半導体材料・デバイス研究の分野において長年にわたり研究と教育に携わってきた研究者である。SiC（炭化ケイ素）を用いたパワーデバイスが実現可能であることを実証し、SiCを半導体材料として確立する上で重要な役割を果たしてきた。 2023年にはIEEEエジソンメダルを受賞している。本稿は、松波弘之氏が、自身の研究室で指導し、その後30年余のつきあいのあった芝原健太郎の歩みを回顧した記録である。

「芝原健太郎君の歩んだ道」

松波弘之（京都大学名誉教授）

（「1.出会い」を省略）



2.卒業研究、修士論文、博士論文



半導体SiC(シリコンカーバイド)の研究は、ようやくSi (シリコン)基板上の3C-SiC(ß -SiC) のヘテロエピタキシャル成長が再現性よく成長できるようになっていた頃である。

芝原君の卒業研究論文は、「β-SiCの熱酸化膜形成とMOS構造の電気的性質」で、デバイス化に向けて一歩を踏み出し始めていた。多分、この頃から博士課程の進学を想定していたように思うが、修士課程では、結晶成長から始めたいということで、仕上がった論文は、「炭化バッファ層を用いたCVD法によるSi基板上へのβ-SiC単結晶成長と不純物添加」となった。この段階で、 CVD (Chemical vapor Deposition)法による3C-SiC成長層の伝導度制御が可能になった。

必要とする半導体単結晶を制御性よく作るところまで来たから、これから先はデバイスということで、SiCを用いたMOSFET¹(金属(M)-酸化膜(O) -半導体（S)電界効果トランジスタ(FET) の作製に挑戦して貰った。

幸いにも、ある会社から中古のイオン注入装置を寄付して貰うことができたので、イオン注入から挑戦と言うことになった。研究室では、全く経験のない装置で、多くの苦労があった。教室内でもイオン注入技術に長けた人材は居なかった。他大学でイオン注入を手掛けていた研究者に相談をして、SiCの場合にどのようになるかを自ら解析して、注入条件を設定した。

何物にもめげず、前進あるものとの意気込みで研究に取り組み、1986 年にはMOSFETが実現した。世界初のMOSFET²であり、国内のSSDM (固体素子材料会議) ³でLate News⁴として発表してもらうとともに、IEEE Electron Device Lett.誌⁵に発表した。⁶　

博士論文⁷は、これらをまとめて、「Epitaxial Growth Of SiC by Chemical vapor Deposition and Application to Electronic Devices」で1988年3月に工学博士を授与された。学位論文には、後述する「ステップ制御エピタキシー」⁸の基本が含まれている。



3.初めての国際会議

1986年にSi上の3C-SiC⁹を用いて、世界初のMOSFETを作製した成果をもって、1987 年4月に米国アナハイムで開かれたMRS¹⁰(Materials Research Symposium)で発表¹¹するために芝原君にとっては初めての国際会議に同行した。

UC (University of California) Santa Barbara 校を訪問した後、ヨセミテ公園を経由、サンフランシスコに着き、Stanford大学のDutton教授を訪問した。大学院生を引率しての初めての海外出張であり、緊張もしたが、芝原君がどのように感じたかは、詳しくは聞かなかった。

また、この年の暮れ、Washington DCで、第1回のSiC国際会議¹²が開かれた。このとき、行動は別であったが、誕生してすぐのCree Research¹³を訪問したようである(先だって、12年ぶりでCree Inc.を訪問したときに、創始者の一人Dr. Palmour¹⁴ から、このことを聞かれ、「残念ながら亡くなった」と伝えたところ、哀悼の意を表していた。

世界初のSiCのMOSFETを提示した成果の大きさは、研究者であれば忘れられないものであることを改めて認識した。



（「4.NECへの就職」を省略）



5.広島大学への就任¹⁵と活躍

（出版関係はこちら）

2005年4月にとても嬉しい連絡を受けた。京都大学が1987年にSSDM (固体素子材料国際会議)で発表した「Step-Controlled VPE Growth Of SiC Single Crystals at Low Temperatures」by N. Kuroda, K. Shibahara’ w. Y00′ s. Nishino’ and H. MatsunamiがSSDM-2005で、表彰¹⁶されるというニュースであった。

第1回から2000年までの間にSSDMで発表された論文の中から、年に1件だけ表彰されるたいん名誉な賞である。

授与式では、著者の 5人(黒田、芝原、兪、西野、松波) ¹⁷が集まることができ、たいん嬉しく、晴れがましい経験をした。

この技術が中核となって、今、パワー半導体SiCの実用化が始まっている。　（以下略）

2011年10月10日

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参考：IEEE Edison Medal（2023年）公式発表／京都大学公式お知らせ

注　（site編集者による）

1. MOSFET（モスエフイーティー）…（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）金属酸化膜半導体電界効果トランジスタまたはMOS型電界効果トランジスタ　 ↩︎
2. 世界初のMOSFET・・・世界で初めて作製し動作確認された反転型SiC-MOSFET 。今日のSiCパワーデバイスの先駆けで、当該分野の大きなマイルストーンとなっている（1986年）
   
   反転型SiC-MOSFETとは、電流を遮断できる性能をもつMOSFET（MOS型電界効果トランジスタ）のこと。MOSFETを実用化するうえで、もっとも基本となる性能のひとつ　https://kshibahara.com/ieee-electron-device-letters/ ↩︎
3. 国内のSSDM・・・1986年9月に東京で開催された「国際固体素子・材料コンファレンス（SSDM）」で、半導体デバイスと材料分野の最新研究を国内外に発信する場。この頃にはすでに国際会議としての性格を強めていた。 ↩︎
4. SSDM Late News・・・この時のタイトルは最新の研究成果や重要な進展を、通常の締切後に追加で募集される論文の特別枠。 正式論文扱いとなる。 ↩︎
5. IEEE Electron Device Lett.誌（EDL）・・・IEEE Electron Devices Society が発行する公式ジャーナル. 研究の新規性やインパクトが強く求められるトップクラスの速報誌として国際的に認知されている. ここに論文が掲載されることは、電子デバイス分野において非常に重要であり、研究者の評価やキャリアに大きな意味を持つ.　IEEE（米国電気学会）は世界最大の技術者組織. ↩︎
6. IEEE Electron Device Lett.誌に発表・・・IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS に掲載を参照 ↩︎
7. 博士論文（学位論文）・・・学位論文 ↩︎
8. ステップ制御エピタキシー・・・基板上に鏡面状の結晶膜を成長させる方法.　高性能SiCパワーデバイスの製造に必須の基盤技術. 「ステップ制御エピタキシー」SiCアライアンス、　　「証言記録 ステップ制御エピタキシー」 ↩︎
9. 3C-SiC・・・立方晶型の炭化ケイ素結晶 ↩︎
10. MRS（Materials Research Society）・・・ 材料科学分野の世界最大級の国際学会で、エレクトロニクス、エネルギー、バイオなど広範な材料研究者が集まり、最新の研究成果発表や議論が行われている。 ↩︎
11. MRS（Materials Research Society）で発表・・・K. Shibahara, T. Takeuchi, T. Saitoh, S. Nishino and H. Matsunami, “Inversion-type MOS field effect transistors using CVD grown cubic SiC on Si”, Proc. Mat. Res. Soc., 97 (1987) 247-252. DOI: 10.1557/proc-97-247 ↩︎
12. SiC国際会議(ICSCRM)・・・ 炭化ケイ素（SiC）とその関連材料に関する世界最大級・最重要の国際会議 ↩︎
13. Cree Research・・・1987年に米国ノースカロライナ州で設立された半導体メーカーで、炭化ケイ素（SiC）を用いた材料・デバイスやLEDの開発で世界的に知られた企業. 現在は「Wolfspeed」という社名。 ↩︎
14. Dr. John Palmour・・・米国の半導体研究者で、Cree（現 Wolfspeed）の共同創業者. 炭化ケイ素（SiC）半導体デバイスの開発を世界的に牽引した人物。2011年9月に開かれたSiCの国際学会ICSCRM2011で、世界で最初のSiC MOSFET作製の報告として芝原健太郎の3C-SiC MOSFETを紹介した。 ↩︎
15. 広島大学への就任・・・プロフィールを参照 ↩︎
16. SSDM Award 2005（2005年授与のSSDM賞）・・・SSDM賞は、過去の国際固体素子・材料コンファレンス（SSDM）で発表された研究の中から、半導体や材料分野の発展に大きく貢献した優れた論文や研究者を1年に１件だけ表彰する賞.　「SSDM賞受賞」 「証言記録 ステップ制御エピタキシー」 ↩︎
17. 著者の 5人(黒田、芝原、兪、西野、松波) ・・・黒田尚孝、芝原健太郎、Woo sik Yoo(兪)、西野茂弘、松波弘之（敬称略） ↩︎