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最近の研究成果

次世代トランジスタ 2018年12月4日発表

SiCを用いた次世代型トランジスタ構造を開発-トランジスタ効率の指標である通電時の抵抗を大幅に低減-

炭化ケイ素(SiC)半導体を用いた1.2 kV耐電圧(耐圧)クラスの縦型スーパージャンクション(SJ)MOSFETを開発し、SiCトランジスタの世界最小オン抵抗を達成した。また、開発したSJ-MOSFETは、実使用上重要な高温特性や動特性に優れていることを実証した。n型ピラーとp型ピラーの繰り返しからなるSJ構造はシリコン(Si)トランジスタではオン抵抗の低減効果が実証されているが、SiCトランジスタへの適用はSJ構造の作製が困難なため進んでいなかった。今回、産総研独自のSiCトランジスタの作製技術を応用してSJ構造を狭いピッチで制御良く形成することができた。これによりピッチが狭くオン抵抗が低いSJ構造のトレンチゲート型MOSFETが実現でき、1.2 kV耐圧クラスのSiC-MOSFETのオン抵抗を大幅に低減できた。今後SiCの適用が期待される電気自動車の電力システムの一層の小型化・高効率化や、新たな電力システムの創出への貢献が期待される。

今回開発した2タイプのSiCトレンチゲート型SJ-MOSFETの図

紫外線反射 2019年1月15日発表

トンボ由来の紫外線反射物質を同定-トンボが分泌するワックスの主成分を化学合成し強い紫外線反射と撥水性を実現-

トンボ由来の紫外線反射物質を同定した。日本全国に広く生息するシオカラトンボは、オスが成熟過程で紫外線を反射するワックスを分泌する。今回、その紫外線反射ワックスが、従来知られていた他の生物のワックスと異なり、極長鎖メチルケトンと極長鎖アルデヒド(いずれも具体的な機能や性質はほぼ未解明)が主成分であることが分かった。さらに、極長鎖メチルケトンを化学合成して結晶化させたところ、強い紫外線反射能と撥水性が再現された。

シオカラトンボ(左及び中央)が分泌する紫外線反射ワックスの微細構造と撥水性(右)図

検出技術 2018年11月20日発表

カゴメと産総研 AI(人工知能)を活用した高精度なトマト加工品の異物検出技術を開発

包括的共同研究の成果として、産総研のAI(人工知能)アルゴリズムを活用したトマト加工品の異物・トマトの皮・ヘタの跡・変色部を高精度で検出する技術の開発に成功しました。今後は(2020年までに)生産工場での実用化を目指します。本技術に対する性能評価として、検出対象とする異物・トマトの皮・ヘタの跡・変色部が含まれている500枚のサンプル画像に対して、これらの検出対象物を特定する実験を行いました。その結果、見落としなく全ての検出対象物を検出できた一方、ヘタの跡を変色部と誤認したのは一例にとどまりました。

黒く変色した果肉部分の検出画像

リグニン 2019年1月15日発表

リグニンから基礎化学品を合成するプロセスをシミュレーション-バイオマス由来のゴム原料の新規開発に期待-

製紙工程で副生するリグニンを含む液体(黒液)から1,3-ブタジエン(1,3-BD)を合成する経済性の見込めるプロセスを考案した。ナフサ由来のエチレンの減産に伴い、副生物である1,3-BDは供給量の低下が懸念されている。一方、地球温暖化防止の観点から、石油からバイオマスへの原料転換が求められており、バイオマスからの1,3-BDの合成プロセスが望まれている。今回、製紙工程で副生するリグニンに着目し、ガス化を経由して、1,3-BDを効率的に合成するプロセスを複数シミュレーションした。その結果、ジメチルエーテル(DME)を経由するルートが最も収率が高く、1,3-BDの流通価格が一定以上になった場合、高い利益が見込めることもわかった。

本研究で提案するリグニンから1,3-BDへの変換ルートと従来の1,3-BD製造ルートの図

カーボンナノチューブ膜 2019年1月11日発表

カーボンナノチューブに一添加剤を加えるだけで高導電性塗布膜を実現-製造時間の大幅な短縮や曲面への対応も可能に-

分散液を塗るだけで高導電率・高耐久性のカーボンナノチューブ(CNT)透明導電膜を作製する方法を開発した。CNT透明導電膜は、タッチパネルや太陽電池の電極から、今後発展が期待されるフレキシブルデバイスやウエアラブルデバイスに至るまで、さまざまな電子機器の部材として有望であるが、既存の塗布技術ではCNTの分散とCNTへのドーピングをそれぞれ行うことが要求され、また成膜後に絶縁性の分散剤を除去する必要があるため、工程が多くプロセスが煩雑で、成膜できる基材も限られていた。ウエットプロセスで作製できるCNT透明導電膜の特徴を最大限に活用し、これまでの成膜プロセスの限界を超えた幅広い用途に応用するには、高品質な膜の簡単で効率的な製造法の開発が課題であった。今回、わずかな量でCNTの分散剤とドーパントの両方の機能を示す高分子酸を用い、CNTの分散液を基材に塗布するだけで高導電性のCNT膜を作製する技術を開発した。この技術により、高品質なCNT透明導電膜の製造プロセスが大幅に短縮されるだけでなく、曲面や管の内面といった多様な基材上への成膜にも対応できる。また、溶剤は水やエタノールなど環境に優しいものから選択できるうえに、数nmの極薄膜から数十μmの厚膜まで大面積膜を均一に成膜できるため、幅広い分野での応用が期待される。

簡単な工程で高性能なCNT透明導電膜が作製できる図

沖縄海洋地質図 2018年12月6日発表

沖縄島の成り立ちには南北で大きな違いがあることを発見-南西諸島、沖縄島周辺海域の20万分の1海洋地質図幅を整備-

南西諸島の沖縄島(沖縄本島)周辺海域での詳細な地質調査により、160万年以前は、沖縄島の並びが直線的ではなく屈曲していたため、沖縄島の地質の成り立ちが南北で大きく異なることを明らかにした。島尻層群は沖縄島に分布し、水溶性天然ガスが賦存すると期待されているが、今回、島尻層群に当たる地層が南部海域に連続して分布し、1,500 m以上の厚さであることが判明した。また、この厚い地層が約600万年前にフィリピン海プレートの沈み込みと沖縄トラフの活動によって形成された凹型地形の前弧海盆内に堆積し、沖縄島南部に顕著に発達したと考えられることが分かった。沖縄島の南部海域にも島尻層群と同様に水溶性天然ガスが賦存する可能性がある。これら海洋地質調査の結果は20万分の1海洋地質図幅「沖縄島南部周辺海域」(著者:荒井 晃作、井上 卓彦、佐藤 智之、小田 啓邦、板木 拓也)としてまとめ、12月10日から委託販売を開始する(https://www.gsj.jp/Map/JP/purchase-guid.html)。沖縄島周辺の海底の地質情報を整備した同図幅は、資源のみならず防災や海洋利用の基礎となる重要な資料として利活用されることが期待される。

沖縄島周辺海域の海洋地質図(下が今回刊行する「沖縄島南部周辺海域」の海洋地質図)

誘電率計測 2019年1月17日発表

ミリ波帯高速無線通信の拡大を牽引する材料計測技術を開発-170 GHzまでの超広帯域で高精度な誘電率測定を実現-

高周波回路の実装用基板などに用いる低損失のエレクトロニクス材料の誘電率を170 GHzまでの超広帯域にわたって高精度に測定する技術を開発した。近年、データ通信量の増大にともない、高速大容量の無線通信を可能にする30 GHz超のミリ波帯電磁波の利用が急速に拡大している。ミリ波帯車載レーダーなど通信以外の分野にも利用が拡大する一方で、動作周波数のさらなる高周波化が進められており、4K/8K非圧縮映像の放送素材伝送システムなどでは、大容量通信への要求から100 GHz以上の周波数帯の利用も検討されている。電磁波の伝搬損失が低い低損失材料は高周波回路の実装用基板として利用されており、その誘電率は回路設計に不可欠なパラメーターである。しかしながらこれまで、100 GHz以上の周波数帯で低損失材料の誘電率を高精度に計測する技術は確立されていなかった。今回、170 GHzまでの信号を給電できる極細線の同軸励振構造と、誘電率を厳密に決定できる電磁界解析アルゴリズムを開発し、これまで難しかった110 GHzから170 GHz帯を含む超広帯域での低損失材料の誘電率の、平衡型円板共振器法による高精度計測技術を実現した。この技術により、高速無線通信などでのミリ波帯のさらなる利用が促進されると期待される。

今回開発した誘電率測定に用いる共振器(左)と誘電率の測定結果例(右)

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国立研究開発法人産業技術総合研究所