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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

細胞培養 2018年12月7日発表

光応答性ポリマーを用いた培養細胞の自動高速レーザープロセシング-人工知能(AI)技術に基づく判別で大量・高速処理を実現-

光応答性ポリマーとレーザーを用いて、機械学習の一手法であるディープラーニング(深層学習)に基づき、培養細胞を高速に自動処理する技術を開発した。この技術は、今後見込まれるヒト由来細胞の大量活用のニーズに応えるべく、機械学習に基づく培養細胞種の判別・純化や細胞単層の切断・均一細分化などを自動で高速に行うもので、培養細胞の精密処理や品質管理の自動化により、創薬や再生医療に貢献することが期待される。

今回開発した光応答性ポリマーを用いた培養細胞の自動高速レーザープロセシングの概要

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

単一生体分子計測 2018年11月30日発表

ケタ違いに低いX線露光で生体1分子運動計測に成功!-超高精度装置開発が加速し利用拡大へ-

大型放射光施設で単色X線を用いた回折実験において、回折X線強度が標識した金ナノ結晶の運動のために明滅する現象(Blinking X-ray: X線ブリンキングと命名)を世界で初めて確認し、その自己相関解析をすることで、回折X線スポットの運動速度を定量的に評価できることを示した。また、この単色X線を用いた新しい計測手法は、世界で唯一1分子内部運動の測定が可能であったDXTに比べ、回折X線ブリンキング観察に必要なX線露光量が1/1,700であることを明らかにした。したがって、回折X線ブリンキング観察を用いれば、非常に低露光量での単一分子動態計測が可能となる。さらに、この低露光量という特長を生かすことで、実験室X線光源で1分子動態計測がミリ秒レベルで可能であることも実証した。

ポリマー設計・検証の試行回数の評価試験イメージ図

磁極方向制御 2018年12月5日発表

熱による高速・高効率な磁極制御-MRAMとAIハードウエアの低消費電力化の実現へ向けて-

ナノサイズの磁石の磁極の向きを熱によって高速・高効率に制御することに成功しました。Society 5.0では必要な時に必要な情報がAIなどを介して提供されることが求められており、その実現のためには情報の記憶とAIに関わるエネルギー消費を大幅に下げる必要があります。本研究はナノサイズの磁石の利用により上記課題の解決を狙ったものであり、その一歩として、熱による磁極の効率的な制御を実現しました。その結果、ナノサイズの磁石が高周波電気信号を増幅するという新たな現象を発見しました。この技術は不揮発性固体磁気メモリーであるMRAMやAIハードウエアの低消費電力化に寄与するものと期待されます。

二重絶縁体型磁気トンネル接合の概念図

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)

全固体電池 2018年11月23日発表

全固体電池実現のネックを解明-界面抵抗低減の指針を確立し実用化の道拓く-

全固体電池で極めて低い界面抵抗を実現し、その鍵が電極表面の規則的な原子配列であることを発見しました。この成果は全固体電池の開発に指針を与え、実用化に向けた重要な一歩となります。全固体電池の開発が急速に進んでいます。固体電解質ならびに電極の材料開発が活発に行われていますが、特に、固体電解質と電極が形成する界面でのリチウムイオンの低い伝導性(高い界面抵抗)が実用化への大きな問題となっています。リチウムイオン伝導性が高い固体電解質と電極材料が開発されても、それら2つの固体材料が接触する界面での抵抗が高ければ、高速充放電可能な良い電池は開発できません。したがって、界面抵抗を低減することが非常に重要です。しかし、界面抵抗が高くなる原因は未解明であり、低減のための明確な指針はありませんでした。 本研究では薄膜作製と真空の技術を活用して、正極材料コバルト酸リチウム(LiCoO2)と固体電解質リン酸リチウム(Li3PO4)との界面を作製し、非破壊で測定できる表面X線回折を用いて界面構造を精密に調べました。その結果、高い抵抗を示す界面では結晶の周期性が乱れているのに対して、低い抵抗を示す界面は原子が規則的に配列していることを明らかにしました。

本研究で作製した全固体電池の写真

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