2018 年 12 ⽉ 5 ⽇

薄膜材料デバイス研究会

第 15 回研究集会開催報告
第 15 回研究集会実⾏委員⻑ ⼤平圭介

はじめに薄膜材料デバイス研究会第 15 回研究集会を、2018 年 11 ⽉ 9 ⽇（⾦）〜11 ⽉ 10 ⽇（⼟）の⽇程で、⿓⾕⼤学響都ホール校友会館で開催した。今回の研究集会は「未来のエネルギー社会に貢献する薄膜技術」をテーマとし、主にエネルギー関連材料・デバイスにスポットを当てたプログラムを⽤意した。太陽光発電、熱電発電、振動発電、全固体電池、送電などの各分野から、第⼀線で活躍中の先⽣⽅に招待講演、チュートリアル講演をお願いした。⼀般
講演については、例年同様、エネルギー関連の研究に限らず、材料・プロセス・デバイスなど薄膜に関係するすべての研究を対象とした。今回は、134 名の⽅に参加いただいた。
招待講演として 9 名の先⽣⽅にご講演いただいた。チュートリアルセッションでは、初⽇午前にパワーエレクトロニクスに関する講演を広島⼤学の⿊⽊伸⼀郎先⽣から、⼆⽇⽬午前に化合物薄膜太陽電池に関する講演を⿓⾕⼤学の和⽥隆博先⽣から、それぞれいただいた。初⽇の招待講演では、GaAs 系半導体混晶の低温成⻑について広島⼤学の富永依⾥⼦先⽣から、酸化物熱電半導体について九州⼤学の⼤瀧倫卓先⽣から、⾼性能・⾼耐久ペロブスカイト太陽電池についてパナソニックの根上卓之様から、それぞれご講演をいただいた。また、ランプセッションでは、アモルファスシリコン薄膜成⻑プロセスの診断および制御について、元⼤阪⼤学の松⽥彰久先⽣からご講演をいただいた。⼆⽇⽬の招待講演では、有機圧電薄膜による振動発電特性について神⼾⼤学の⽯⽥謙司先⽣から、薄膜リチウム電池について東京⼯業⼤学の⼀杉太郎先⽣から、ワイヤレス給電について京都⼤学の篠原真毅先⽣から、それぞれご講演をいただいた。
⼀般講演としては、38 件のポスター発表も含む、47 件の発表があった。⼀般講演の中にも、エネルギー関連の研究に関する発表が多くみられ、薄膜技術が未来のエネルギーへの展開を、多⾓的に議論できる研究集会となった。⼀般講演の中から、特に優れた発表に対して、ベストペーパーアワード 1 件とスチューデントアワード 4 件を選定した。
なお、今回の研究集会では、公益財団法⼈ 関⻄エネルギー・リサイクル科学研究振興財団からの助成⾦と、11 社の協賛企業からのご協⼒があった。この場をもって御礼申し上げたい。

-1-チュートリアル（初⽇）
研究会初⽇朝のチュートリアルでは、「パワーエレクトロニクスとワイドバンドギャップ半導体」のタイトルで、広島⼤学の⿊⽊伸⼀郎先⽣よりご講演いただいた。交流電源からの電⾞モーター駆動を例に、パワーデバイスがどのように使われているかについてやさしく説明されるところから始められ、パワー半導体デバイスの紹介、ワイドギャップ半導体材料の分類とそれぞれのメリット・デメリットを説明され、最後に現在広島⼤学ナノデバイス・バイオ融合科学研究所で⾏っている、⾼温・⾼放射線量でも使える極限環境エレクトロニクスについての研究成果を紹介された。

オーラルセッション１「TFT」というセッションタイトルにて、まず、招待講演および平成 30 年度科学技術分野の⽂部科学⼤⾂表彰若⼿科学者賞の記念講演として、広島⼤学の富永依⾥⼦先⽣より、「低温成⻑を⽤いた新機能発現 GaAs 系半導体混晶の成⻑と物性評価」と題してご講演をいただいた。前半部分の Bi 系半導体の研究開発については、⾃ら信じる研究に打ち込むことの⼤切さを改めて知ることとなった。後半部分の現在の GaAs 系半導体混晶のテラヘルツ素⼦への応⽤も興味深いものであった。そのあと、⼀般講演として、広島⼤学の⽔川友⾥
先⽣より、「⼤気圧熱プラズマジェット照射中における溶融シリコン内温度分布の２次元的可視化」と題して講演をいただいた。複雑なプロセスを容易に理解する⼿法として可視化は重要である。最後に、やはり⼀般講演として、産業技術総合研究所の安藤淳⽒より、「2 次元機能性原⼦薄膜の調整と電気的特性評価」と題して講演をいただいた。インターンシップの学⽣による研究成果の報告であった。

オーラルセッション２「酸化物」というセッションタイトルにて、まず、招待講演として、九州⼤学の⼤瀧倫卓先⽣より、「酸化物熱電半導体による未利⽤熱エネルギーの電⼒再⽣」と題してご講演をいただいた。熱電素⼦の応⽤の背景や動作の基本の理論からはじめていただき、最新の酸化物熱電半導体の研究の内容まで、充実したご講演であった。そのあと、⼀般講演として、東京⼯業⼤学の樋⼝雄⾶⽒より、「エピタキシャル歪により増強される LaNiO3 極薄膜のフォノンドラッグ熱電特性」と題して講演をいただいた。熱電特性を詳細に解析する研究であった。
なお、本講演はスチューデントアワードとして表彰された。最後に、やはり⼀般講演として、⿓⾕⼤学の⼭川⼤樹⽒より、「IGZO を⽤いたセルラニューラルネットワーク-酸化物半導体シナプス評価と⽂字学習実験-」と題して講演をいただいた。酸化物半導体の新規アプリケーションに関するものであった。

オーラルセッション３
オーラルセッション 3「太陽電池」では、まず、パナソニックの根上卓之様より、「ペロブスカイト太陽電池の⾼効率・⾼耐久化」の題⽬で招待講演をいただいた。近年変換効率の⾶-2-

躍的な向上が⾒られているペロブスカイト太陽電池であるが、⻑期信頼性についてはまだ課題が多い。パナソニック社では、1 cm2 ⾓のセルで認証データとしては世界最⾼とほぼ同等の⽔準の 20.8%の変換効率を実現しており、また、ペロブスカイト層に Rb を添加することにより、温度 85 °C、湿度 85%の環境下での 1000 時間の⾼温⾼湿試験での劣化率 5%を達成した。さらに、⼤⾯積モジュールの開発の現状についても紹介いただいた。その後、広島⼤学の⻑澤聡⽒より、ペロブスカイト太陽電池を CMOS 回路の駆動に利⽤する研究に関する⼀般講演があった。

ランプセッション
今回は、元⼤阪⼤学の松⽥彰久先⽣をお迎えして、「アモルファスシリコン薄膜成⻑におけるプロセス診断・制御」についての講演をいただいた。プラズマ CVD法による薄膜の成⻑メカニズム解明と膜質の制御について常に独創的な実験と鋭い洞察⼒で世界を牽引してきた秘話を拝聴することができ、聴衆を深く魅了した。
また薄膜成⻑モデルがこの 30 年間にわずかずつ進化している様⼦は⼤変興味深い。これからもお元気で後進のご指導をいただけるよう願いたい。

松⽥彰久先⽣（元⼤阪⼤）の招待講演

招待講演の後は、東京⼯業⼤学の渡邉脩⼈⽒より、アモルファス酸化物半導体をホストとする蛍光体を⽤いた直流駆動型発光素⼦の室温形成に関して、また⿓⾕⼤学の冨岡圭佑⽒より無線電⼒伝送を⽤いた LTPS-TFT ⼈⼯網膜に関する研究報告が⾏われた。
15 分遅れで開始したランプセッションは、今回も時間いっぱいを使った活発な議論とおいしい料理でたいへん盛況な⼣べとなった。マリアージュグランデの皆様にもこの場を借りて御礼申し上げたい。

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チュートリアル（⼆⽇⽇）
2 ⽇⽬最初のプログラムは⿓⾕⼤学の和⽥隆博先⽣によるチュートリアル「CuInSe2 系化合物薄膜太陽電池」からスタートした。各種半導体材料⽐較から光吸収係数の⼤きいことと太陽光スペクトルにマッチしたバンドギャップの利点、さらには製造の容易さや耐放射線性、界⾯の問題など、CIS 系太陽電池の基礎から実⽤まで丁寧に講義していただいた。

オーラルセッション４
オーラルセッション 4「有機材料」では、有機半導体デバイスに関する幅広い最新動向として、振動発電に関する招待
講演 1 件と、新計測法、コンタクト改善に関する⼀般講演 2 件が⾏われた。
招待講演として、神⼾⼤学の⽯⽥謙司
先⽣から「構造制御した有機圧電薄膜の振動発電特性」と題したご講演をいただ
いた。⽣活環境中に薄く分布する微弱な環境エネルギーを回収するエナジーハー

⽯⽥謙司先⽣（神⼾⼤）による招待講演

ベスティングの⼀つとして振動発電がある。IoT センサノードのバッテリーフリー化への応⽤が期待されるこの振動発電のうち、素⼦構造の単純さや設計⾃由度の⾼さに優位性があり、実⽤性にも優れる圧電型振動発電について、豊富なデータと⽰唆に富んだご講演をいただいた。振動発電デバイスとしての有機圧電材料の強みは、環境中に実際に存在する振動スペクトルとのマッチングに優れる点と、材料の柔軟性によって過⼤⼊⼒（⼤変形）による破損が起こり難い点であり、⽯⽥先⽣の着眼点の鋭さが際⽴つ研究成果であった。応⽤技術として取り上げられることの多い本技術ながら、有機誘電体薄膜の分極処理による分⼦配向制御や精密な圧電定数の評価など、基礎的な物理特性の詳細にウェイトがおかれ、アプリケーションと基礎学術研究の良いところが幅広く盛り込まれたご講演であった。
⼀般講演では、奈良先端科学技術⼤学院⼤学の A. T. Hidayat ⽒から、「電流計測原⼦間⼒顕微鏡で明らかにする共役⾼分⼦ブレンド薄膜の正孔輸送特性」と題する講演をいただいた。共役⾼分⼦はブレンド膜中で相分離や結晶・⾮結晶などの複雑な構造を形成することによって多彩な電⼦機能を発現しており、また、ブレンドの⽐率などによってその機能の調整が可能である。このことから、ブレンド薄膜の構造と電荷輸送特性との関係をナノメートルスケールで計測することは、デバイス材料開発の観点から重要である。当該講演では、そのような計測を可能にする電流計測原⼦間⼒顕微鏡を⽤いて PCPDTBT、P3M4HT ブレンド薄膜の表⾯像と電流像を同時測定することによって、ブレンド膜成膜に際して形成される⾼導電性ネットワーク構造を直接的に観察した成果についてご議論いただいた。
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⼀般講演の 2 件⽬は、神⼾⼤学の吉岡巧⽒から、「フルオロベンゼンチオール修飾による⾦表⾯の制御と有機トランジスタ応⽤」と題する講演をいただいた。フッ素基の置換位置が異なる複数のフルオロベンゼンチオールの異性体について、網羅的にその効果を調べた結果が⽰された。フルオロベンゼンチオールのもつ双極⼦モーメントとそれを修飾した Au 表⾯の仕事関数の対応関係が線形的であることを明らかにし、4.27–6.02eV の範囲で修飾表⾯の仕事関数を⾃在に変化させることができる、広い汎⽤性と応⽤可能性を備えた丁寧な構成の研究であった。当発表は、今年度のスチューデントアワードを受賞した。

オーラルセッション５電池および給電セッションは、2 件の招待講演で構成された。まず、東京⼯業⼤学の⼀杉太郎先⽣から「超⾼速充電可能な薄膜リチウム電池開発」というタイトルでご講演頂いた。
全固体電池では電極/電解質の界⾯を制御することが重要であり、その開発において固体物理の知⾒や薄膜技術の重要性を述べられた。従来の粉末をベースにした材料開発とは異なり、薄膜技術を⽤いて界⾯構造を規定したモデル電極を作製することにより、界⾯におけるイオン伝導機構が正確に理解できることを述べられた。固体電解質/正極界⾯の構造制御、集電体/正極界⾯のバンドアライメントにより、超⾼速な充放電動作が可能な固体電池が実現できることが紹介された。さらに、今後の材料開発においては AI の活⽤が有効であり、AI とロボット技術を組み合わせた薄膜作製・評価装置を開発していることが紹介された。
つづいて、京都⼤学の篠原真毅先⽣から「ワイヤレス給電技術の現状と課題」というタイトルでご講演頂いた。ワイヤレス給電は 100 年以上の歴史があり、近年急激に進展していることが述べられた。すでに実証試験を⾏っており、京都府精華町における電池レスセンサのモニタリング、電動アシスト⾃転⾞へのワイヤレス充電システムが紹介された。ワイヤレス給電の⾼効率化に向けて、近年新しい半導体素⼦として GaN が注⽬されていることが紹介された。JST の戦略的イノベーション創造プログラム(SIP)においてワイヤレス電⼒伝送(WPT)システムが研究課題として取り上げられ、今後さらなるワイヤレス給電技術の進展が期待される。ワイヤレス給電システムの実⽤化、商品化の上では法的整備および標準化が重要であることを強調された。
電池および給電の技術は、将来の IoT 社会に向けたデバイス開発において重要な技術であり、会場の関⼼も⾼かった。

-5-ポスターセッション
ポスターセッションは、研究集会初⽇の 16:20–18:00 および⼆⽇⽬の 13:00–14:40 に開催された。セッションの冒頭にはポスター講演者による１分間のショートプレゼンテーションが⾏われ、その後、⼀般⼝頭講演者及び招待講演者を含めた 53 件のポスター発表が⾏われた。ポスター講演では、シリコン、IGZO、有機半導体を⽤いた TFT の動作性能や信頼性の向上に向けた基礎評価や特性制御に加えて、熱電変換

ポスターセッションの様⼦素⼦や不揮発性メモリ等の新規デバイス応⽤、グラフェンや新たな層状半導体材料の開発等、多岐に渡る研究報告が⾏われた。
ショートプレゼンテーションはいずれも要点が押さえられた形で⾏われ、他分野の研究動向を把握するうえで有益であり、特に若い研究者を中⼼に活発な討論が⾏われていた。意⾒交換や情報共有の場として、今後も多くの皆様の参加や投稿を期待したい。

アワード
⼀般講演者の中から、次の 5 件の講演がアワードに選ばれた。アワード選定にあたり、研究会全参加者による投票を⾏い、得票数上位の講演から組織委員の合議によってアワード受賞講演を選定した。
ベストペーパーアワード（1 件）

受賞者の集合写真➊冨岡 圭佑、豊⽥ 航平、三澤 慶悟、⽊村 睦「無線電⼒伝送を⽤いた LTPS-TFT ⼈⼯網膜の⽣体環境刺激実験」
スチューデントアワード（4 件）➊吉岡巧、⽊村 由⻫、服部 吉晃、北村 雅季「フルオロベンゼンチオール修飾による⾦表⾯の制御と有機トランジスタ応⽤」➋渡邉 脩⼈、井⼿ 啓介、⽚瀬 貴義、笹瀬 雅⼈、⼾⽥ 喜丈、⾦ 正煥、上⽥ 茂典、堀場弘司、組頭 広志、平松 秀典、細野 秀雄、神⾕ 利夫「アモルファス酸化物半導体をホストとする蛍光体を⽤いた直流駆動型発光素⼦の室温-6-形成」➌樋⼝ 雄⾶、井⼿ 啓介、C. A. Niedermeier、⽚瀬 貴義、平松 秀典、細野 秀雄、神⾕ 利夫「エピタキシャル歪により増強される LaNiO3 極薄膜のフォノンドラッグ熱電特性」➍梅⽥ 鉄⾺、上沼 睦典、J. Felizco、⽯河 泰明、浦岡 ⾏治、⾜⽴ 秀明「アモルファス InGaZnO を⽤いた透明フレキシブル薄膜熱電変換素⼦」（順不同、敬称略）

広告展⽰アイアールシー（株）、アルバックテクノ（株）、テクノリサーチ（株）、東ソー（株）、（株）
豊島製作所、ピエゾパーツ（株）、（株）VIC インターナショナル、（株）レーザーシステムの出展と（株）アイリン真空、（株）スプリード、および前⽥印刷（株）の広告を得て、今回も盛況な展⽰広告を開催することができた。
ポスターセッション、セッションの間の休憩やお昼休みには、多くの参加者からの問い合わせや技術に関する質問など活発な議論がなされていた。また 1 ⽇⽬の午後、2 ⽇⽬の午前には、合計 5 社の企業展⽰⾵景皆様から製品の宣伝をいただき、多くの参加者が聞き⼊った。

企業の皆様からは、たいへん近い距離で様々な要望を聞くことができて有意義であったこと、また参加者からは、⾃分の使っている装置上の問題点について相談に乗っていただき、対処法まで伝授していただき嬉しかったという声を聞くことができた。今回のご出展、ご広告が営業活動に⼤きく貢献できることを期待したい。ご参加いただいた全企業の皆様に⼼より感謝申し上げる。

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