第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告

文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム事業は，講演を行い，続いて午前中にパワーエレクトロニクス，

微細構造解析，微細加工及び分子・物質合成の 3 つの分

午後に NPJ 成果紹介，ナノエレクトロニクス，自動車エ野で最先端のナノテクノロジー施設・設備を有する 25 研

レクトロニクスの 4 つのセッションが開催され，最新の究機関が，全国の産学官の研究者に対して，利用機会をトピックスが紹介された．パワーエレクトロニクス，ナ

提供し，イノベーションにつながる研究成果の創出を目

ノエレクトロニクスには海外からの招待講演が含まれて指す委託事業である．この事業の一環として「第 14 回ナいる．昼食後，NPJ 成果報告のセッションでは，平成 27

ノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）」

年度の秀でた利用 6 大成果の紹介，表彰，共用施設におが，文部科学省ナノテクノロジープラットフォームセン

いて支援に携わっている方の貢献に対する技術スタッフ

ターの主催で 2016 年 1 月 29 日（金）に東京ビッグサイ

表彰，および，全実施機関のポスター発表が行われた．

トで開催された．会場は，会議棟 1 階レセプションホー

以下に，シンポジウム内容を報告する．

ルで，日英同時通訳（写真上右）を聞けるよう配慮されシンポジウムは，総合司会の開会の言葉で始まった．

ていた．
ナノテクノロジーは，新規なナノ構造の創製，あるいは，未知の特異な機能を計測によって引出し，材料，デバイ
スさらにはシステム化することによって，エネルギー，
環境，資源，医療などの課題解決に向けた技術革新に役立つことを目指している．今回の「ナノテクノロジー総合シンポジウム」では，ナノテクノロジープラットフォー
ム（NPJ）による最新の成果の報告とともに，「次世代エ【開会挨拶／ Opening Remarks】
主催者挨拶：橋本 和仁（物質・材料研究機構理事長 ） ／ Kazuhito Hashimoto（President, National
Institute for Materials Science, Japan）

レクトロニクスを拓くナノテクノロジー」を主題として，文部科学省が平成 24 年度から進めているナノテクノロ

ナノテクノロジーによる次世代エレクトロニクスに求めジープラットフォーム事業の一環として第 14 回ナノテクられる新材料・新機能・新システム創出などの学術的なノロジー総合シンポジウムを開催する．

進展，産業革新を展望した．

今後，ナノテクノロジーやナノテクノロジープラット

豊田工業大学学長の榊 裕之氏が「ナノテクノロジーを

フォームは政策的にも重要になる．2016 年 4 月 1 日に基とする次世代エレクトロニクスの挑戦」と題する基調

始まる第 5 期科学技術基本計画が 1 月 22 日に閣議決定

NanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 2, 2016

第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告 -1

である．繰返しを避けて補足的な話をするが，ナノテク
ノロジープラットフォームでは約 1000 台の先端設備を共用し，若手も利用できるようにしている．民間にも開放し，産学官協力の仕組みにもなっている．共用は遊休設備の活用が目的ではない．共用によって交流が深まり，異分野が結びつき，異分野融合で今まで思いつかなかった発展が期待できる．
融合は出口の見えるものに限らない．研究初期のもの
から融合を進める．このため科研費は広いテーマで括って募集・審査し，融合を進めようとしている．ナノテクは第 5 期科学技術基本計画の中で未来社会を変革する新
しい価値を産み出す技術として強化して行くとされていされた．この計画での重要課題の中にオープンイノベー

る．文部科学省は皆様の知恵を頂きながら，ナノテクのションがあり，全国の装置とノウハウを共有してイノベー

基盤強化を戦略的に進めて行く考えである．

ションを加速することを目指しているナノテクノロジー
プラットフォームはその先行事例となっている．
また，この第 5 期科学基技術本計画は Society 5.0 として現在のスマート社会を超える超スマート社会を指向し，科学技術はこの社会構造の変革に資するとしている．情報化社会とフィジカルな社会とが結びついて IoT（Internetof Things）などに支えられた新しい社会が生まれる．IoTの開発では，わが国が比較的強いフィジカルな技術を活用して先行を図る．強いフィジカルな技術の代表がナノテクである．
社会からのナノテクへの期待は大きい．本シンポジウ【基調講演／ Plenary Lecture】「ナノテクノロジーを基とする次世代エレクトロニ
ク ス の 挑 戦 」 ／ " Challenges of Next-Generation
Electronics Based on Nanotechnology" 榊 裕 之（ 豊田 工 業 大 学 ／ 物 質・ 材 料 研 究 機 構 ） ／ Hiroyuki
Sakaki（Toyota Technological Institute / National
Institute for Materials Science, Japan）

ムではプラットフォームの成果紹介と共に，世界有数の方の招待講演を予定している．活発な意見交換が行われ，確かな成果の生まれることを期待する．

文部科学省：小松 弥生（文部科学省 研究振興局 局長）／ Yayoi Komatsu (Director, Research Promotion
Bureau, Ministry of Education, Culture, Sports,
Science and Technology)

先ず，エレクトロニクスとナノテクノロジーの関係について考えてみよう．エレクトロニクスで最も重要なデバイスは電界効果トランジスタ（FET）である．その代表である MOSFET では，電子が表面の厚さ 10nm くらいのところに生成した 2 次元電子ガス（2DEG, 2-Dimensional
Electron Gas）を制御して動作する．2DEG は Si だけでな
く化合物半導体の超高速トランジスタでも使われているから，エレクトロニクスはナノテクの 2DEG によって支えられていることになる．
ナノテクではいくつものノーベル賞受賞があり，受賞
主催者挨拶をされた橋本氏は総合科学技術・イノベー

対象は新たな物理の研究分野を産み出している．磁場中ション会議の議員を務めている．この立場からナノテクの 2 次元電子による特異な電気伝導が元になった量子の位置付けを語られたが，これは私が言いたかったこと

ホール効果は，クリッツィング（Klaus von Klitzing）がNanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 2, 2016

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1980 年に発見して，1985 年に受賞した．これは，現のナノテクの貢献も期待されよう．環境計測，バイオメ

在話題になっているトポロジカル絶縁体のさきがけとも

ディカルセンシングにもナノテクが期待され，特定耐性なった．

菌を殺すのに量子ドット構造が有効という．このようにエレクトロニクスは微細化によって高速化，低電力化，ナノテクへの期待は更に広まっている．
ナノテクは深い物質科学を基礎としている．ナノテク

高集積化が進んだ．1970 年に 10μm だった IC の線幅は，2015 年には 10nm になった．この線幅を化合物半導体トの発展，活用には物質科学を維持して行くという文化がランジスタに適用すれば 1.6THz まで動作する．しかし，重要である．雪華図説という 1832 年刊行の古書がある．

微細化するとゲートの作用が弱くなり，リークが増すと下総国古河藩第 4 代藩主，土井 利位の著書で雪の結晶のいう短チャネル効果の問題が起る．そこで，絶縁体を埋顕微鏡観察を行ったことが記され，そこに載った雪の模込んだ SOI（Silicon on Insulator）構造が生まれ，チャネ

様は和服の柄にも使われた．日本の科学技術はこのよう

ルを三方からゲートで挟んでリークを抑えた FIN FET がな文化に根ざしている．日本文化を活用した次世代エレ実用になった．さらに，電流通路を小さくしたナノワイ

クトロニクスの発展を期待したい．

ヤトランジスタは短チャネル効果に強い．微細化で生じた課題をナノテクで対策している．
メモリー分野においては．GMR（巨大磁気抵抗）効果が発見され，磁気ヘッドに使われるようになって HDD（ハードディスク）は発展した．これはバトラー教授（アラバマ大学）の理論的予測を産総研と IBM で実験確認したのが元になっている．バトラー教授は NIMS 賞の第一回受賞者である．
しかし，HDD にはメカ（機械的駆動部）があるため衝撃に弱い．このため，半導体を用いた不揮発性のフラッ
シュメモリーが安価になったので，メカのないメモリーとしてパソコンなどの HDD 置換えが進んだが，10 万回【Session 1：パワーエレクトロニクス／
Power Electronics】
1-1 「将来のパワーエレクトロニクスシステムを先導するキーテクノロジー～ヨーロッパにおける開発
動 向 ／ "Power Devices : Key Technology Driver for
Future Power Electronic Systems ～ Development
Trend in Europe"」Leo Lorenz（ECPE / Infineon
Technologies, Germany）

書き換えると情報が失われる．そこで抵抗変化メモリーや相変化メモリーなどが開発されている．
光の分野で，半導体レーザーはサンドイッチ構造のダ
ブルヘテロ構造（DH）で室温連続発振に成功した．この構造は 1962 年に Kroemer らが提案し，2000 年にノーベル賞を受賞している．さらに 10nm 級の量子井戸構造によってレーザー発振に必要な電流が下がった．青色
LED は，
中間層が数 nm の AlGaN/GaN/AlGaN のサンドイッ
チ構造を使う．さらに，III-V 族半導体のサンドイッチ構
造の中にナノメートルのドットである量子ドット（QD）を埋込むと，その中に電子，正孔が収まって再結合する
ので，高効率発光になる．この QD レーザーは温度依存性が少なく，温度が上がっても変調特性が変化しない．1

電力は，直流と交流の変換，電圧変換，周波数変換等

個の量子ドットに 1 個の電子を入れれば，単一光子発光の処理により属性を変えて，駆動装置等にエネルギーをになり，これは量子暗号通信に期待されている．

供給する．この電力変換等を制御するパワーエレクトロパワーエレクトロニクスに関しては，日本における電ニックシステムとパワーデバイス開発の課題は，電力密力消費が 1kW/ 人，電力以外のエネルギー消費はその 1.5度，効率，信頼性を同時に増大させることである．電力倍という．照明は，LED で電力消費削減が期待される．

密度と効率の増大はシリコンデバイス，ワイドバンド

全エネルギー消費の 20% を占めている自動車の省エネル

ギャップ材料をベースにした部品，先進的な実装技術，

ギー化に HEV（ハイブリッド車）や EV（電気自動車）の将来のパワー回路トポロジーの新たな開発などによっ普及が進み，そのモーター制御では，現在主流の Si に加え，て 達 成 さ れ る． こ の た め，ECPE（European Center for

SiC と GaN パワーデバイスへの期待が高まっている．

Power Electronics）に代表される欧州のパワーエレクト

技術開発には Emerging Needs & Seeds の組合せが必

ロニクス研究の方向は，材料とデバイスをもとに，冷却，

要だが，この例として人間の知能に近い自動運転技術が熱管理，高周波能動デバイス，受動デバイス，相互接続，ある．これには画像認識が必要になるが，スーパーコン

寄生効果低減，パッケージング，3D 集積化等の技術を開ピュータでも絵を勉強するのに数日かかる．画像理解へ

発し，機能横断型技術（cross functional technology）にNanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 2, 2016

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より統合して，効率よいパワーシステムの構築を目指している．
応用分野ごとに様々な課題がある．自動車では，トラクション，高温エレクトロニクス，充電器など，産業系
では，モータードライブ，高電圧，安全，電磁環境など，
新エネルギー分野では，送配電，電力貯蔵，電力生成，
高電圧直流，半導体トランスがあり，スマートパワーエ
レクトロニクスに集約され，自動化やコンバーター間通信も必要になる．
パワー半導体は Si から SiC や GaN などのワイドバンド
ギャップ半導体へと展開する．DC/DC コンバーターは，
2005 年頃は Si のみで構成していたものが 2010 年には，
Si と SiC のハイブリッド構成となり，2015 年にはオール SiC でできるようになった．体積電力密度は 10 年で約能な社会実現に貢献する．パワー半導体デバイスは，低10 倍になっている．動作温度は 150℃から，175℃，さ

電力消費の信頼性あるスイッチングデバイスとして，将らに 200℃と高めて行く．体積当たりの出力を高めるに

来のスマートコミュニティにおける，マイクログリッド，はコンデンサなどの受動素子開発，パッケージング開発

ナノグリッドを支える．

も必要になる．ドイツのフラウンホーファー研究所では，

これまで，Si IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）

Si-IGBT/SiC ハイブリッド構成で，自動車専用に設計して，が大電力変換に用いられて来たが，SiC（Silicon Carbide）

出力 245kW，効率 98.5%，体積電力密度 31kW/L を実

デバイスは，Si IGBT が用いられてきた分野への参入に挑現した．

戦している．パワーモジュールは，IGBT，ダイオードと今後の技術動向として，スケーリングが進み，高集積も Si で構成されてきたが，ダイオードに SiC を用いたハになると，熱設計，パッケージコンセプトが変って来る．

イブリッド（SiC ハイブリッド）になり，オール SiC へと

寄生インダクタンスやキャパシタンスが問題になるから，進んで行く．

スイッチングデバイスのパッケージは重要だ．ワイドバ

鉄道のインバーターでも Si IGBT と SiC ショットキーのンドギャップ半導体には出力密度と効率，スイッチング

ハイブリッドが使われるようになった．SiC ハイブリッド

速度の向上が期待される．

は 2011 に東芝が出したのが最初である．三菱電機製はパ ワ ー 半 導 体 材 料 に は，Si，SiC，GaN が あ り， デ バ

東京メトロが 2014 から銀座線で使い，富士電機製は新イ ス 技 術 と し て は，IGBT，MOSFET，JFET， ダ イ オ ー

幹線に 2015 年 6 月から適用された．その効果は軽くな

ドなど様々な形態がある．パワーデバイスは適用領域にることである．58 トンから 47 トンになった．軽くなる

よって材料やデバイス技術を選ぶことになる．降伏電圧と慣性が少なくなるので止め易くなるから，走行速度を1000V 以下の低電圧領域では，Si もさらに進化を続ける

上げられる．

が，GaN が台頭し，スイッチング周波数は 1MHz までカ

また，ベルトコンベヤーやビル全体の空調のファンなバーする．1000 ～ 5000V の中電圧領域の比較的低周波どのコントロールに使われる 3 相インバーターは，2012

域では，Si IGBT が主に用いられるが，100kHz を含む高年から SiC ダイオードに置き換わって来ている．富士電機

周波域では SiC MOSFET の開発が期待される．高電圧領は大容量を狙い，690V 産業用インバーターの例では，Si

域には，SiC が適用されよう．

だと 1 台の出力が 250kW のため 2 台要るところを，SiC

パワーデバイスの開発では，デバイス開発から，システ

ダイオードの 450kW インバーター 1 台で済ませた．こム構成まで様々な活動が行われる．デバイスから，
パッケーのインバーターは，石油，鉄鋼，水処理，港湾クレーン

ジング，コンバーター，パワーコントロールユニットとシなど大型の設備に使われる．ダイオードの Si から SiC へ

ステムに組み上がって行く．部品からシステムへ，応用分の変更で 28% の損失削減効果があった．オール SiC のパ

野の要求を満たすには様々な人々の協力が欠かせない．

ワーシステムはトヨタとデンソーが HEV に使った．三菱
電機と小田急電鉄はオール SiC の電車を走らせた．

1-2 「SiC パワー半導体の現状と将来／ "SiC Power
Devices ～ Today and Future"」 大 月 正 人（ 富 士 電
機 株 式 会 社 ） ／ Masahito Otsuki（Fuji Electric Co.,
Ltd., Japan）

パワー半導体は，太陽光発電システムにも適用されている．オール SiC の 20kW 電圧制御器の体積は，Si に比べ 1/5 でパワースタックにすると 1/8 になり，システムに近づくほど SiC 利用の効果は大きい．また，1MW のメ
ガソーラー用のパワーコントロールシステムを量産化し，エネルギー技術の革新（innovation）は，変換効率を最2014 年 8 月に発売した．SiC を使ったことによって大き大化する電力変換器の開発によってもたらされ，持続可さが 20% 減り，トレーラーに積めるようになった．完成

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品を運搬でき，現地組立をなくした．将来のスマートコ

存の Si パワーデバイスの特性限界を打破すると期待されミュニティにおいて柱状トランスに使えば，小型になるている．AlGaN と GaN を積層すると分極によって固定電ので景観が良くなる．

荷が発生し，その差分に相当する大量の自由電子が生じ，デバイス開発には産総研の技術を利用した．TPEC（つ2DEG（二次元電子ガス）となる．この 2DEG を用いるゲー

くばパワーエレクトロニクスコンステレーション）の技

ト注入トランジスタ（Gate Injection Transistor, GIT）を術を松本の工場に導入し，6 インチの SiC ウェーハを量産開発した．GIT は Si 基板上の AlGaN/GaN の上に p 型ゲー

し，SiC パッケージも一貫量産ラインで製造している．Si

トを設けて構成したノーマリーオフ型のトランジスタでIGBT パッケージの中に SiC を入れても動かないので，SiCある．超格子バッファを挿入し，結晶成長のノウハウを専用のパッケージを開発した．58% 小型になり，インダ

積み上げて，6 インチ Si 基板上に GaN を量産できるようクタンスは 77% 減った．放熱は 55% 改善した．ワイヤボになった．欠陥密度は 108cm-2 あるが，欠陥の方向にはンディングは使わずに，上からピンがおりて来てハンダ

電流を流さないので実用上問題ない．移動度は 2000cm2/付けする形になっている．電力密度が上がるので，放熱

Vs を超え，サファイア基板上の GaN と同等である．

を良くし，性能をフルに出させるよう工夫する必要があっ

GIT の構造上の特徴は，2DEG を遮断しノーマリーオフ

た．SiC は MOSFET 構造を使っているため，スイッチンにするゲートに p 型層を用いたことである．オンした時

グ電流は 0V から立ち上がる．ダイオードであると電流がにはゲートから正孔が注入され，これを補償するように流れるのは立ち上がり電圧からになる．パワーデバイス

電子が増加する．このため，オン抵抗が低く，大電流をは最大定格で使うことは少ない．パワーの少ないところ流せる．注目すべき特性は RonQg（Ron：オン抵抗，Qg：ゲー

で使っていると立ち上がり電圧分の損失が効いて来る．

ト電荷）が 700mΩnC と低いことで，高速スイッチングの潜在能力が高い．GaN ではオン抵抗を下げること，電【質疑】流コラプスによるオン抵抗劣化が課題だったが，欠陥にQ1：新幹線が軽くなったのは電源の効率が上がった

よるトラップの制御により 850V まで使えるようになっためか？

た．現状の Si 基板上の GaN エピタキシャル成長技術ではQ2：IGBT に立ち上がり電圧があっても，立ち上が最大動作電圧が 1000V までに限られる．SiC の方が放熱り後の電流増加は大きいのではないか？

は良いから，SiC は低速・大電力，GaN は比較的低電圧でA1：SiC では損失が下がる．発熱が少ないので熱設

高速の応用に向いている．

計が楽になリ，小型化・軽量化が出来る．

GIT の実用化には，チップをパッケージに収める必要が

A2：SiC MOSFET は低電流で効率が良く，大電流である．高速 GaN の高い潜在能力を引き出すには，組立ては Si IGBT が優れる．使用最適領域は異なる．

技術（assembly technique）が重要である．リードフレー
ムの線が長いと寄生インダクタンスが大きく，ターンオン

1-3 「Si 基 板 上 GaN パ ワ ー デ バ イ ス と 電 力 変 換 機
器 へ の 応 用 ／ "GaN Power Devices on Si Substrates
and Application to Power Conversion Systems"」 上田 哲三（パナソニック株式会社）／ Tetsuzo Ueda
（Panasonic Corporation, Japan）

が遅くなる．そこで，フリップチップ構成にすることにより寄生インダクタンス減少に成功し，高速スイッチングを可能にした．電力変換の基礎である DC-DC コンバーターに応用し，1kW 出力で 99.3% の効率を実現した．高速性
は 500kHz のインバーターで確認できた．GaN GIT で作ったインバーターは Si IGBT における立ち上がり電圧がない
ので，低出力で効率が良い．還流デバイスが不要なので小型化できる．IGBT の 1/3 に小型化でき，各種電源回路に広く応用される．特に電圧を下げる回路に向いている．
今後の展開では，オン抵抗を下げようと InGaAlN/GaNを検討している．4 元化合物を用いることで分極を 2 ～ 3倍にできるので電子密度を高められる．集積化は横型で600V まで可能にし，チップ上にドライバー回路を集積した．トランジスタとゲートドライバーの相互の距離を近付けて高速化したので，絶縁ゲートドライバーをマイク
ロ波で駆動できる．電磁界コイルを用い，スイッチング
信号を重畳して無接触でスイッチできることも確かめている．

GaN（ガリウムナイトライド）や SiC（シリコンカーバイド）に代表されるワイドバンドギャップ半導体は既

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【質疑】Q：108cm-2 の欠陥があっても電流コラプスは起らな

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いのか？

備・ノウハウの共有，異分野融合によりイノベーション

A：結果として OK になっている．コラプス対策での創出を図る．微細構造解析，微細加工，分子・物質合は正孔トラップが関係する．正孔が放出されるとコ成の 3 つの技術分野に 25 機関が参画している．平成 26

ラプスになる．しかし電流には影響しないことが年度にはプラットフォームで 2811 件の課題を実施した．

分って来た．

この中から秀でた利用 6 大成果を表彰するし，また，設備の活用にはスタッフの支援が欠かせない．このため，
今年度はスタッフを 3 つのカテゴリー（優秀技術，技術【Session 2： ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー プ ラ ット フ ォ ー ム 活 動 概 要 ／ Activities ofNanotechnology Platform】

支援貢献，若手技術奨励）で表彰することにした．

2-1 平成 27 年度の秀でた利用 6 大成果／ Research
Topics of Nanotechnology Platform

在に反転できるキラル固定相の開発」が選ばれた．

ナノテクノロジープラットフォームは平成 24 年度から

表彰者は下表に纏めた．秀でた利用 6 大成果の中の最優秀賞には分子・物質合成プラットフォーム，実施機関：
名古屋大学，ユーザー機関：金沢大学の「溶出順序を自表彰状等が，大泊 巌 技術審査委員会委員長から贈られ，表彰式の後，秀でた利用 6 大成果についてのショートプ
レゼンテーションが行われた．

平成 33 年度までの文部科学省のプロジェクトである．設平成 27 年度の秀でた利用 6 大成果（PF：利用したプラットフォーム，＊最優秀賞）

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平成 27 年度

技術スタッフ表彰

技術スタッフ表彰受賞者（左から：渡辺氏，佐藤氏，山崎氏，藤田氏）（詳細▶ http://nanonet.mext.go.jp/research_support_award/H27_Award.pdf）

副賞のバッジ （左）優秀技術賞，（右）技術支援貢献賞・若手技術奨励賞

2-2 平成 27 年度の秀でた 6 大利用成果ショートプ
レゼンテーション

し，水熱合成（175℃，24hr）して結晶が得られ，XRD
で 結 晶 性 と， 不 純 物 の な い こ と を 確 か め た．SEM で，
Mo-Te は棒状，Mo-Se は板状になっていることが分った．

（1）【優秀賞】微細構造解析 PF：北海道大学「複合金属酸化物ナノワイヤの合成と構造解析」
ユーザー：定金 正洋 a，村山 徹 b，Zhang Zhenxinc，上田 渉 c（a 広島大学，b 首都大学東京，c 神奈川大学）
実施機関担当者：坂口 紀史（北海道大学）
発表者：村山 徹（首都大学東京）
全て無機物で構成され，遷移金属酸化物からなる分子状ナノワイヤの集合体結晶及びナノワイヤの合成に成功
し，北大のプラットフォームで構造解析を行った．ナノ
ワイヤは，Mo（VI）と Te（IV）又は Se（IV）から成り，
組成は {(NH4)2[XMo6O21]}（X＝ Te 又は Se）と表わされる．
n
成果は Nature Communications に掲載された．
Mo の前駆体，Se 又は Te の前駆体を混ぜてバブリング

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繰返し合成して得られたミクロンオーダーの単結晶を分た状態で XAFS 解析を行った．理論計算と合わせて，酸化析したところ，6 角形のユニットが c 軸方向に重なってワ

反応メカニズムを解析している．OH － が表面に吸着するイヤになっていた．このワイヤが固まって隙間のある結と，活性サイトの電子状態が絶縁体から金属状態に変る

晶になり，隙間に NH3，H2O が入っていた．ナノワイヤことで触媒作用が起っていた．解析の知見を基に試作し集合体はプロトン交換し，超音波でコロイド化して分離た Ni 系触媒により燃料電池出力は大幅に向上した．走行できる．AFM，TEM で観察すると，1.2nm のワイヤ幅の試験を行って貴金属触媒を用いなくても運行が可能なこ

もの，ピラミッド状に凝集した 4.8nm といったものが出とを実証できた．今後も，愛される燃料電池を目指して来ていることが分った．

開発を進める．

今後，触媒機能，REDOX 電気化学特性，センサー機能
を調べ，半導体デバイス応用の可能性を調べて行く．こ（詳細▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika_selection/2016_
SeikaSelection_2.pdf）のような無機物の金属酸化物を用いた高分子のような分子状ナノワイヤは他にほとんど例がなく，注目すべき新（3）【優秀賞】微細加工 PF：東北大学

材料と考えている．

「音響光学フィルタの開発」
ユーザー：小林 広樹 a，藤田 圭一 a，堀田 一 b，峯尾

（詳細▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika_selection/2016_b
尚之 c（a 長野計器株式会社，
ミマキ電子部品株式会社，

SeikaSelection_1.pdf）c

株式会社オプトハブ）（2）【優秀賞】微細構造解析 PF：日本原子力研究開発機構

実施機関担当者：森山 雅昭，鈴木 裕輝夫，戸津 健太「水加ヒドラジン酸化触媒の in-situ XAFS 解析」
ユーザー：坂本 友和，岸 浩史，山口 進，田中 裕久（ダ郎（東北大学）
発表者：小林 広樹（長野計器株式会社）

イハツ工業株式会社）
実施機関担当者：松村 大樹，田村 和久，西畑 保雄（日本原子力研究開発機構）
発表者：坂本 友和（ダイハツ工業株式会社）

橋などの社会インフラの経年劣化が顕著になり，劣化
損傷発見センサー，ロボット，非破壊検査技術の開発が推進されている．これに応えて開発している光ファイバ
燃料電池自動車開発において，燃料電池材料とその触センサーシステムは光波長測定器と光ファイバーセン
サーが光ファイバで接続され，多点計測が可能である．

媒材料の放射光解析を行った．
多くの燃料電池は，プロトン交換膜を用いるので酸性

しかし，光波長測定器が高価で形状が大きい．

になるため，酸に強い白金などが触媒として使われる．

光波長測定器は，波長掃引モジュール，ビームスプリッ

これに対しダイハツでは，アルカリ性の水酸化物イオン

タ，波長ごとの光センサーで構成され，どの波長の光が交換膜で燃料電池を作ろうとしている．これにより金属戻って来るかを検知する．そこで，波長掃引モジュールに対する腐食反応性が下がるので Fe や Co などの触媒がの主要部品である波長可変フィルタを開発した．東北大

使えるから，コストを下げられる．また，水加ヒドラジ

学 PF で，ニオブ酸リチウム（LiNbO3）基板上に Ti を蒸ン（N2H4・H2O）という安定な液体燃料を使う．液体に着，パターニングして熱拡散により，光導波路を形成し，すると，燃料タンクを小さくできる．水加ヒドラジンはさらにその上に．櫛歯電極を設けて，光センシング用音

ポリエチレンタンクで運べるから，特殊な充填設備は要

響光学波長可変フィルタ（Acoustic-Optic Tunable Filter,

らない．定置型発電が可能だから，山間などのインフラ

AOTF）を作製した．このウェーハから AOTF チップを切の少ないところで使える．

り出し，光源モジュールに組み込む．音響光学フィルタは，電極上での素反応を理解するため，発電状態を模擬しNanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 2, 2016

高周波電気信号によって生じた表面弾性波（SAW）の波

第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告 -8の間隔と入射光の波長とが一定の関係にあるときに光をSeikaSelection_4.pdf）

透過させる．
作製したモジュールは，櫛歯電極に与える周波数によっ（5）【優秀賞】分子・物質合成 PF：自然科学研究機構 分てシャープな波長が選択的に出力でき，1480 ～ 1600nm

子科学研究所の波長範囲を，2kHz 以上の速度で掃引できることを確認「指定薬物 3,4- ジクロロメチルフェニデートの合成と分した．

析」
ユーザー：辻川 健治（科学警察研究所）（詳細▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika_selection/2016_
SeikaSelection_3.pdf）

実施機関担当者：井上 三佳，東林 修平（分子科学研究所）
発表者：辻川 健治（科学警察研究所）（4）【優秀賞】微細加工 PF：早稲田大学「マイクロ流体有機 EL の作製と電界発光特性」
ユーザー：安達 千波矢（九州大学）
実施機関担当者：水野 潤，笠原 崇史，小林 直史，桑江 博之，庄子 習一（早稲田大学）
発表者：桑江 博之（早稲田大学）

危険薬物の鑑定では，血液や薬物の混入された食物な
どの試験物を前処理してガスクロマトグラフ／質量分析（GC/MS）にかけ，既知の薬物のスペクトルとの一致で危険薬物と判定する．このため標準試料が必要になるが，危険ドラッグのように新しい薬物では標準品が市販されていないので，標準試料は検査施設で合成する必要がある．しかし，技術的，設備的理由で合成出来ないことも九州大学から発表された液体有機 EL は，溶媒を用いずに 2 枚の電極に発光材料を挟んだ構造の面発光で，軽く，ある．このため，分子研との共同研究で 3,4- ジクロロメ
チルフェニデート（DCMP）を合成・分析した．

フレキシブルなど，従来の固体有機 EL にない特長が期待

DCMP は 1 組のジアステレオマーを有するので，各ジされる可視光光源である．白色にするには異なる波長のアステレオマーを出発原料のメチルエステル化，ジアゾ

EL 材料をデバイスとして集積化する必要がある．そこで，化などにより合成した．得られた標準品について GC/MS

早稲田大学のフォトリソグラフィを利用したマイクロ流分析法の検討を行った．DCMP は遊離塩基の状態では GC

路技術を適用した．MEMS 技術と自己組織化膜を用いて内で容易に熱分解を受け，分析が難しい．そこで，トリ

異種材料接合を作製し，液体有機 EL 材料を注入すると，フルオロアセチル（TFA）誘導体化したところ，熱分解は高真空プロセスを用いずに，1 チップ集積化が出来る．

完全に防止され，各ジアステレオマーは GC 上で完全に分

青緑色の液体有機半導体をホストにして色素混合で発離されるので，両者の識別が可能になった．この成果は，光色をチューニングすると，オンチップのマルチ発光が法科学分野の専門誌 Forensic Science International に掲出来る．白色にするため青緑色と黄色を組み合せた．幅載された．

が数 10μm の流路をストライプ状に形成した EL デバイスを作製し，2 つの材料の同時発光によりムラのない白色発（詳細▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika_selection/2016_
SeikaSelection_5.pdf）

光が得られた．印加電圧 100V で CI（色度）値は 0.40 ～0.42 の温かい白色光の得られていることが確認された．
【質疑】（6）【最優秀賞】分子・物質合成 PF：名古屋大学「溶出順序を自在に反転できるキラル固定相の開発」
ユーザー：前田 勝浩，下村 昂平，井改 知幸，石立 涼馬，

Q：量産化は可能か？
A：実用化するにはまだ効率が低い．先ず効率を固加納 重義（金沢大学）

体 EL に近づけることが必要と考えている．

実施機関担当者：八島 栄次（名古屋大学）（詳細▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika_selection/2016_

NanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 2, 2016

発表者：前田 勝浩（金沢大学）

第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告 -9

ルコールを除いてもラセンの向きは保持される．元々は混じっていたものから一方を分離し，その向きを反転できるという現象が見つかった．この現象を用いて溶出順序を自在にできるキラル固定相の開発に成功した．
例えば，ポリアセチレンをシリカゲルに担持した固定相を調製し，一方の向きの溶離液をカラム内に通液すること
でポリマーのラセンを自在に制御できた．また，キラル金属錯体も分離できた．一部に OH －を導入すると化学結合型固定相になって安定化し，反復利用できるようになった．
溶出順序を反転できる本カラムはキラル化合物の大量分取に最適であり，産業分野への応用が期待できる．
（詳細▶ http://nanonet.mext.go.jp/seika_selection/2016_
SeikaSelection_6.pdf）
受賞対象は，名古屋大学のキラリティ解析装置の利用によって得られた成果である．生体は鏡像関係にある一対の立体異性体であるエナンチオマーに対して敏感である．医薬品おいては右巻き，左巻きの一方が副作用を示す．
エナンチオマーは物理・化学特性は一定で分離が困難だ

2-3 ポスター発表／ Poster Presentation /Activities
of Nanotechnology Platform ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー プ
ラットフォームの実施概要及び利用成果

が，キラル固定相を用いれば高速クロマトグラフで分離

6 大成果プレゼンテーションに続き，会場入口ロビーででき，純粋なエナンチオマーを取出す分種も可能になる．

下記のポスター発表が行われ，ナノテクノロジープラッ

このため，キラル固定相を作る試みがなされている．

トフォームの実施概要及び利用成果のパネル展示の説明，

ラセン高分子の分離では，溶質順序をコントロールすることが重要になる．マイナーなものが最初に流出した方が分析感度を高められる．そこで，ラセン高分子をスイッ

展示発表者と参会者との討論，交流が行われた．
（1）文部科学省ナノテクノロジープラットフォーム 平成
27 年度 秀でた利用 6 大成果

チングできる固定相を作った．アセチレン側鎖にビフェニ（2）平成 27 年度

ル基を導入したポリマーを合成すると，左右のらせんが等（3）ナノテクノロジープラットフォーム事業概要

量存在するが，固体のまま一方のエナンチオマーから成（4）ナノテクノロジープラットフォームセンターる光学活性なアルコールに浸すとエナンチオマーの向き（5）微細構造解析プラットフォームとその参画 10 機関によって，一方向のラセンが優勢になる．逆のエナンチオ（6）微細加工プラットフォームとその参画 16 機関

マーに浸すと，ラセンの向きは反対になる．光学活性のア（7）分子・物質合成プラットフォームとその参画 11 機関

NanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 2, 2016

技術スタッフ表彰

第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告 -10

Moore の法則に従えば，2 年ごとに新技術が生まれる．

【Session 3： ナ ノ エ レ ク ト ロ ニ ク ス ／Nanoelectronics】
3-1 「Si-CMOS を 超 え る デ バ イ ス へ の 挑 戦 ～ IoT
時 代 へ の 論 理 デ バ イ ス の 構 造， 材 料， そ し て 新 原
理 ／ "Extending Si, Beyond-Si, to Beyond-CMOS:
Perspectives on Logic Nano-Electronics Scaling for
the Next Decade and Beyond"」Aaron Thean（IMEC,
Belgium）

微細化では 10nm プロセスが製品化立ち上げ中で，7nmは研究から開発に向かい，5nm は研究中，3nm は 2024
年製品化に向けて研究初期段階にある．商品化には時間がかかるから，早く着手する必要がある．
デバイス開発では，FINFET が多用されるようになった．
全周型 FINFET のチャネルにはナノワイヤが使われるようになる．一方，寄生素子の影響が大きくなり，7nm プロ
セスだと，キャパシタンスの 75%，抵抗の 70% が寄生素子によるものとなる．層間絶縁の low － k 化の最終形はエアギャップであろう．
Beyond CMOS の見地からは，水平構造，垂直構造を見直し，Si に III-V や Ge を加えてデバイスを構成し，ヘテ
ロ接合を利用する．FINFET のゲート形成でできた溝に，
InGaAs ナノワイヤを形成してチャネルに使う．トンネル
FET（TFET）は他のデバイス構造より良好なサブスレショ
ルド特性が期待できるが，欠陥制御が課題である．InP 基
板を用い，InGaAs/GaSbAs ヘテロ接合を活用して 3D 集積化も検討している．2 次元結晶で欠陥を回避しようという動きもある．グラフェン様の MX2（M：金属元素，X：
カルコゲン元素）も将来期待の材料である．
さらに，信号伝達の手段を電子からスピンに替えることで，消費電力を低減できる．新たなパラダイムとして，
4 種のデバイスが示された．（1）電荷拡散輸送型（charge

全てのもののインターネット（Internet of Everything,diffusion transport）として MX2FET，（2）トンネル輸送

IoE） の 時 代 に 向 か う に 従 っ て， 新 し い 情 報 超 構 造型（tunnel transport）として，2D FET，3D FET（III-V），（information super-structure）が登場しようとしている（3） 波 動 コ ン ピ ュ ー テ ィ ン グ ス ピ ン ロ ジ ッ ク（wave（emerging）．接続されるデバイスの数が何桁も増加する

computing spin logic） に ス ピ ン 波（spin wave） と， ス

ので，未来のネットワークには今日のインターネットと

ピ ン ト ル ク 多 数 決 ゲ ー ト（spin torque majority gate），

違った展開が予想される．次の 10 年に，我々の情報基盤（4）Mott/ ピエゾ機械スイッチ（Mott/piezo mechanical（information infrastructure）は発展し，データセンター，

switch）としての NEMS などである．複数経路のスピン

モバイルデバイス，センサーノードは，無数の（myriad）

波の流れで多数決をとって出力の経路に送り出すことに性能，形態因子（form factor），コスト要求を満たす様々

よって論理を構成し，新たな計算方式ができる．エネル

な高効率エレクトロニックシステムを要求する．従って，ギー対遅延時間の図において，電荷輸送型に比べスピン

ナノエレクトロニクスには，性能，電力，コスト，密度波などの非電荷輸送型デバイスは低エネルギーに特徴がスケーリングに新たな課題が生まれる．一方，これらのあり，スピン波は 0.002fJ が期待される．

課題の解決は，プロセス能力（process capability），材料

今後の見通しでは，コンセプトから製品までするのに集積，デバイス構成（architecture），システム設計にす

10 年かかる．IoT のため企業は 10 年も待っていられない．

ばらしい（exciting）イノベーションをもたらす．

早期着手，複数のイノベーションが必要になる．その推

Moore 以前のエレクトロニクスの発展は，1904 年の真空管から 1947 年のトランジスタまで 40 年かかり，それ進にはインフラの整備，国家間，企業間のコラボレーションが重要になる．

から 1958 年に IC が生まれるまでに 10 年かかっている．
その後 Moore の法則に沿って，微細化は 10nm まで進ん

【質疑】

だ．

Q：どこまで小さく薄くできるか．

IoT に向い，新しい情報システムが生まれると，セン

A：3nm プロセスは既に進めている．元々薄い二次サーを含む多様なデバイスが，多様な応用に使われる．

元材料の活用も期待している．

一つのデバイスでは全てのシステムに対応できなくなる．

Q：3 次元集積化の話があった．フラッシュメモリー

相互接続のためチップ面積の 70% を配線が占めるから高は既に 3 次元構造になっているのではないか．

密度配線が求められる．微細化のため多重露光が引続き

A：縦型のロジックを考えている．ロジックはラン

発展し，EUV が一部を肩代わりするようになるだろう．

ダムだからメモリーとは違った形が必要になる．

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第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告 -11

Q：MoS2 の移動度は 200 ～ 300cm2/Vs だが，MX2路で示すことに成功し，この成果をもとに，METI（経済の移動度に問題はないか？

産業省）は Integrated Photonics-Electronics Convergence

2

A：理論的には 400cm /Vs も可能という．同じ厚み

System Technology（ 光 電 子 融 合 シ ス テ ム ） を 2012 年の III-V 化合物半導体と同等である．移動度にこだ

9 月に 10 年間のプロジェクトとして始め，現在，NEDO

わらず，使い道を考えたら良い．フレキシブルなれが 総 予 算 300M$ の 資 金 で 運 営 し て い る．Photonics-

ば面白い使い方ができる．

Electronics Technology Research Association（PETRA）
はこのプロジェクトの主要開発組織で，産総研，産業界，3-2 「光電子融合に向けたシリコンフォトニクスの展 望 ／ "Prospects of Silicon Photonics for Photonic
and Electronic Convergence"」 荒 川 泰 彦（ 東 京 大学）／ Yasuhiko Arakawa（The University of Tokyo,
Japan）

東大が参加し，つくばのスーパークリーンルームを用いている．
集積化のアプローチにはモノリシックとフリップ - チップがあり，前者が理想的だが，後者を使用した．信頼性が高く，III-V 化合物と Si を組み合せ易いためである．
PECST で光コネクション部のデモを行ったが，Si の光源が難しいので，波長 1.5μm の InGaAsP 量子井戸（QW）
レー
ザー（LD）をバットジョイントで Si 光導波路に接続した．
変調器を介して光を制御し，20Gbps のエラーフリーデー
タ伝送に成功した．しかし，LD を同一基板に搭載するとLSI の熱が問題になる．一方，1982 年に提案した 1.5μm
量子ドット（QD）LD は温度安定性が良く，市販できるまでになった．しかも，反射雑音特性が良いのでアイソレー
タ不要，小型化出来る．QD LD を搭載した Si 光集積回路について伝送特性を測定し，アイダイアグラムは無調整
で 125℃まで開いていた．光実装では QD LD のバットジョ
イント，ボード貼合わせ，ウェーハボンディング技術を将来のサイバーフィジカル社会に向け，コンピューティ

開発した．

ングシステムの進化が求められている．コンピューティ

次いで，光 I/O を開発し，評価試料（ES）の出荷を予ング技術は，当初 CPU が中心であったのに，メモリーが定している．さらに，光 I/O と通信 LSI を搭載したボー重要技術に加わった．プロセッサがマルチコアになりメ

ドも組み上がりつつある．光インターコネクションの世

モリーが大きくなるに従って，配線が重要な役割を占め界を拓き，コンピュータの発展に寄与して行く．

るようになった．スーパーコンピュータは，地球シミュレータから京コンピュータに進んだ．サーバーも同様に【質疑】

進化している．地球シミュレータが 2020 年にはサーバー

Q：「京」がサッカーボールの大きさになるという見に載ると予想される．これを繋いでさらに大きなスー

通しはあるか？

パーコンピュータを作るとしたら，チップ間接続の進化

A：LSI チップが進化し，3D 実装に光インターコネが求められる．パソコンやサーバーにおける CPU-CPU ／クトが自由に使えるようになることが必要と思う．

CPU- メモリー間の伝送帯域は 2 年で倍増し，間もなく

Q：大きな技術だが，国際協力は行われているか？

テラスケールになると見積られる．しかしながら，現在，

A：米国でも光実装の国家プロジェクトが始まり，

電気的接続ではテラスケール伝送に対する解がないと見これと連絡を取っている．

られている．一方，フォトンは広い帯域，短い遅延（lowlatency），低い電力消費，少ない相互干渉を可能にするから，シリコンフォトニクスをベースにした光相互接続（optical interconnect）は LSI チップ間のバンド幅ボトル
ネック問題を解決する有力な候補である．
1980 年頃から光配線の開発は始まっていたが，ようやく必要な技術が揃って来た．日本では，フォトニクス・エ
レクトロニクス融合システム基盤技術開発（PECST）が現状の LSI の限界を超えることを目的に，13 の FIRST プロ
グラムの一つとして，CSTP（内閣府総合技術会議）の支援のもと，総予算は約 45M$ で 2010 年から 5 年間行われた．最高の帯域密度 30Tbps/cm2 をシリコン光集積回

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3-3 「磁化の電界制御とメモリ／ストレージへの応用
展開～無充電で長期間使える究極のエコ IT 機器の実現を目指して／ "Voltage Controlled Magnetization
Switching and Its Application to Memory/Storage
Fields - Toward Realization of a Long Term Use IT
Devices without Recharging"」 佐 橋 政 司（ 科 学 技術振興機構／東北大学）／ Masashi Sahashi (Japan
Science and Technology Agency / Tohoku University,
Japan)
今日のモバイル -IT デバイスは高い頻度での再充電を

第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告 -12

レーションで確認できた．
一方，ImPACT は補正予算 550 億円を 16 のプログラ
ムで分け合う．1 プログラム 35 億円に過ぎない．このため 5 つのプロジェクトを徐々に絞って行く．電圧磁化制
御と高速を期待できるスピン軌道トルクの 2 つを分科会にし，それぞれ目的を明確にして進めようと考えている．
例えば，電圧磁化制御は高集積，スピントルクは高速を目的とする．電圧磁化は究極の低消費電力，集積化を拡大し，バッテリー駆動に適用する．
世界でのこの方向の動きとしては電流系の研究が多く，ロジック応用，IoT 適用を狙っている．スピンは使っているが，電流を流すのでは省電力に限界がある．スピン軌
道トルクは韓国，フランスで取り上げ，電圧駆動は米国の UCLA が DARPA の支援で取り上げている．
要求し，多数のバッテリー充電器が家庭やオフィスで長時間接続されている．その間，充電器自身にも電力損失【質疑】がある．さらに，大規模災害や長期の送電故障の際に充Q：異方性制御ではどんな問題があるか？

電できないと災害情報へのアクセスも切断されてしま

A：異方性制御の機能は確認したが，実用には異方う．IT デバイスの顕著な電力削減，環境発電（harvested

性自体を大きくする必要がある．電圧効果がまだ十energy）の活用は，再充電の懸念のない心地よいライフ

分でないので，材料，界面の双方から検討する．

スタイルを可能にする．
磁化の磁気制御が安定な記憶方式として広く用いられているが，内閣府総合科学技術・イノベーション会議（CSTI, Council for Science, Technology and Innovation）の ImPACT プ ロ グ ラ ム（Impulsing Paradigm Change
through Disruptive Technologies Program， 革 新 的 研 究
開発推進プログラム）「無充電で長期間長期間使用できる究極のエコ IT 機器の実現」において，磁気に代る電界制御に挑戦している．金属磁性体に電流を流して磁化制御できることが分り，MRAM が生まれた．電流に代る電圧による磁化／スピン制御が究極の省電力制御方式と考えられる．ImPACT はプログラムマネージャ（PM）を【Session 4：自動運転におけるエレクト
ロ ニ ク ス ／ Electronics for AutomatedDriving】
4-1 「自動運転実現の鍵を握る ICT 要件／ "Roles andIssues of ICT for the Development of Autonomous
Vehicles"」野辺 継男（インテル株式会社／名古屋大学）／ Tsuguo Nobe（Intel K.K. / Nagoya University,
Japan）

設け，出口まで見据えたイノベーティブな研究開発を行う．DARPA（米国国防高等研究計画局）の制度を参考に，
FIRST プログラムの発展形として制度化された．研究への参加を募り，一つの構想を実現して行く．眼目はブレー
クスルー技術を産み出すことにある．
ImPACT プログラム「無充電で長期間長期間使用できる
究極のエコ IT 機器の実現」は，5 つのプロジェクトで動いている：（1）スピン FET，（2）電圧トルク MRAM，（3）単結晶 MTJ（磁気トンネル接合），（4）スピントロニクス
論理 LSI，（5）電圧書込み磁気ストレージプロジェクトである．DRAM，SRAM の不揮発性化，HDD の記録密度限界打破のための交差相関磁気制御，スピントランジスタの開発などが課題となる．電圧制御ではスピンの歳差運

自動運転は 2013 年頃から関心が高まった．米国運輸省

動の制御を用いる．歳差運動の周期が 1ns 程度の中でのは 2013 年 5 月に，これからは車と人間の関係が変わると制御のため，0.5 ～ 1ns の書込みになり，1fJ/bit という指摘した．自動運転の狙いは，交通事故減少，渋滞緩和に

低消費電力が期待される．1fJ/bit になれば 1 ヶ月くらい

よる社会コストの削減，高齢者の移動支援などである．自充電なしで携帯機器を使える．電界によって磁化を垂直動車の運転は，人間の運転から，緊急ブレーキなどの運転から平行（面内）に変える異方性制御の可能性もシミュ支援を経て，コンピュータによる自動運転へと進む．

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このコンピュータ作りが自動運転の研究である．現在の車は人間の意志で動くが，自動運転になったらクルマ
はコンピュータ判断で動くから，そのソフトウェアをどう書くかが問題になる．例えば，交差点では人や車の動きを認識し，混雑のすり抜け方を見出すようプログラムする．現実の交通では，暗黙の了解で運転が行われてい4-2 「 自 動 運 転 の 実 現 に 向 け た 画 像 認 識 技 術 と プ
ロ セ ッ サ ／ "Image Recognition Technology andProcessor for Automated Driving"」 岡 田 隆 三（ 株式会社東芝）／ Ryuzo Okada（Toshiba Corporation,
Japan）

る．暗黙の了解をコンピュータプログラムにするのは不可能に近い．しかし，これは Deep Learning を当てはめることで解決できるだろうとなってきた．データを集め，分析して，コンピュータに教化学習させる．一方，高速道路なら車線を保ち，適宜追い越したりするだけで良い．
高速道路の自動運転なら 95% までできているという自動車会社もある．自動運転の実現目標時期は高速道路が2020 年，交差点は 2025 年以降と見られている．
自動車の運転では見える世界と見えない世界がある．
見えないところは予測して運転している．これをコンピュータにやらせるのは難しい．見えないところの予測にはコンピュータ以外の技術が必要になる．見えるとこ
ろでは，人間の眼の代りにレーザー，LIDAR（空間上の物体の有無を認識），ミリ波レーダー，カメラ，超音波も使って，360°のセンシングをする．

自動車の安全機能は，シートベルトのような交通事
故の損傷を減らそうという受動安全から，衝突の事前

自動運転のためのデータは道を走らせながら集める．

防止という能動安全に展開している．能動安全は，歩行

米国の Mountain View ではカリフォルニア州が許可して者，障害物や先行車両との衝突を避ける自動緊急ブレー

公道に実装試験車を走らせることが出来る．Google は 8

キ， 運 転 レ ー ン か ら の 逸 脱 を 避 け る レ ー ン 維 持（lane

台の自動運転車を，それぞれ週に 1 万～ 1 万 5 千マイル

keeping）のような運転自動化を含む．能動安全に用いる

走らせているという．

技術は，運転操作の多くを自動化する自動運転に向かっ

ものの認識はパターンに加え，点群によって行う．点てさらに進んで行く．

群を用いれば，対象物を人と確認できるだけでなく，人世界で年間 140 万人が車の事故で死亡している．特にの意図も分る．例えば，道路脇に立っている人が道を渡新興国への車の普及が死亡事故増加を速めている．欧州

ろうとしているかを判断できる．

の安全性基準は 2016 年には昼間の歩行者，2018 年には見えないところに対してどうするかだが，ドイツでは

夜間の歩行者や二輪車，2020 年には交差点や対向車に対200km/h の速度での運転を自動化している．センサーでする緊急ブレーキを求めている．自動化によって人為的検知できるのは 200m 先までだが，200km/h で走れば 3.6

ミスによる事故は大幅に削減されよう．

秒 で 通 過 し て し ま う． そ こ で，Vehicle IoT に よ り， 先

車の運転では，知覚，認識，判断，操作が順次行われ，行車が取った工事情報や車線消滅などのデータをアップ

これらが自動運転の技術を構成する．知覚したものを分ロードし，地図も更新しておく．

析．認識した結果から，状況を判断し，運転操作の指示

自動運転では環境認識と走行状態把握が重要である．

を出す，知覚に関する技術には，カメラ，レーダー，加認識・把握したデータは 3D マップデータベースを参照す

速度センサー，ミリ波を用いた距離測定，GPS などが含る．その関係を分析して運転の判断を下す．得られたデー

まれる．認識に関する技術は対象によって異なるが，障タを活用すれば，配車サービスのウーバーのような新ビ

害物や交通標識を認識し，地図と照合して自分の位置を

ジネスを産み出す可能性がある．コンピュータには，画確認する．これらを纏め上げた障害物地図によって自分像認識・距離測定など走行中に取得したデータ，3D 地図の状況を判断して経路を選び，運転操作を決めて走る．

などの既存データを組み合せて状態分析して判断できる能力が求められる．

自動運転のために重要な技術には，先ず歩行者認識がある．この技術はパターン認識に相当し，あらかじめ画

情報通信技術の指数関数的成長に，ニューロサイエン

像を集めて人の特徴量を抽出し，学習しておく．特徴量スと人工知能の進歩により，自分自身で走る車の実現はに人物と非人物を分ける境界を定め，これを基に，歩行近づいている．開発を完成させるには，システムと人間者を抽出する．人の認識にモノクロでは輝度勾配処理をの関係，サイバーセキュリティ・プライバシー問題など用いているが，モノクロの輝度に色などの情報を加えよのヒューマンファクタを具体的に検討し，速やかに実用

うとしている．色が加われば夜間でも人が捉えられる的な解を導くことが必要である．

ようになる．次の要素技術は，物体領域分割（semantic

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第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告 -14

segmentation）である．各画素が，道路か，木か，車か，るようになるというが，4 つのレベルがある．レベル 0

空か，対象物を同定する．これには，畳み込みネットワー

は自動化以前の人間が運転するもの，レベル 1 はアクセクという Deep learning の技術を用いる．三番目は 3 次元

ルとブレーキのどちらかを自動化する人の支援で，例え構成で，カメラの映像と三角計測を使って道や障害物を 3ば速度自動制御である．レベル 2 は自動運転しているが次元で表示する．周辺障害物地図は，レーザーの反射光

人が監視していて，機械が怪しくなったら人に代る，レ

戻り時間計測を基本とする LIDAR による距離計測データ

ベル 3 は自動では難しいものは人が受持つ，レベル 4 はを利用した高次元生成を用いて作成する．

車が全てやる．自動運転はレベル 2 ～ 4 を指し，法規が整っ得られたデータをもとに高度な画像認識を行うには，ているのはレベル 2 までである．

高い演算性能が求められる．画像認識は，組込まれたプ

自動運転の実現には，技術的実現性と社会的インパクト

ロセッサ LSI に多大なコンピュータ処理を要求する．ここが必要である．これらが自動運転ブームの背景となる．事ではコストと温度や振動に対する耐性などの車載要求を故の減少，車間が詰められるので渋滞解消，環境汚染減少

満たす必要がある．最高動作温度は電力消費の上限を決などが期待できる．日本では高齢化で運転者が減り，移め，プロセッサ LSI の計算資源を制限する．従って，自動が困難になるのを自動運転で補う．米国では長時間運転

動運転用画像処理 LSI には低い消費電力での高い処理性

中の時間有効活用に自動運転が期待されている．自動運転

能という高効率が求められる．

は 1950 年に GM の出したコンセプトだが，テープを張っ

そこで，自動車の要求に応えられる，低電力，高／てその上を走らせるといったものだった．1980 年代に自低温動作可能な画像処理プロセッサ（image processing

律走行が試みられ，1990 年代には磁気レールを道路に敷

processor）を開発した．高効率を得るために，画像認識

いたインフラベースの自動運転が試みられた．2000 年頃

LSI シリーズに独自の汎用処理コアからなるヘテロジーニ

からセンサーを使った運転支援が行われるようになり，自アスマルチコアアーキテクチャ，メディアプロセシングエ

動ブレーキの普及が始まった．現在の自動運転の試みは

ンジンとパターン認識，3D 再構成，ブロックマッチング，

DARPA がその可能性を探ったことからブームになった．

様々なタイプの空間フィルタと変換に専ら用いられる画像

自動運転実用化の課題としては他の車との親和性，ド処理アクセレレータを導入した．2001 年の第 1 世代から，ライバーの受容性，経済的な成立性などがある．必要な現在の第 4 世代まで順次開発して来たが，コアになる画像

機能は，環境理解，判断・計画，操作である．判断では処理プロセッサは当初の 4 個から 8 個に変更して性能を人の意図や動きの予測を含む．人間はあらゆる危険を予高め，夜間の歩行者検出も可能にした．1.4W の電力消費測し，譲り合って運転している．自動運転では人間と同で，1900GOPS の処理速度を実現している．講演の最後に，じレベルの安全は保てないという懸念がある．道路環境

道路検出など 8 つの動作が動画で紹介された．

をセンサーで認識し，制御して運転するというループを形成せねばならない．

4-3 「自動運転知能実現に必要な要素技術開発の取り
組 み ／ "Key Technologies for Automated Vehicles High Precision Map and Driving AI"」二宮 芳樹（名古屋大学）／ Yoshiki Ninomiya（Nagoya University,
Japan）

市街地の道路を自動運転するのに必要な主要課題は，実地試験，高精度地図，運転 AI（人工知能），画像深度センサーである．自動化のポイントの一つは高解像度距離センサーが使えたことである．これにはカメラ，LiDAR，
Radar があり，100m，360°の障害認識が出来る．第 2は高精度地図の作成で，地図は空間情報データベースとなる．第 3 は一般公道での評価で，これにより自動運転のコンピュータが学習する．課題は解像度，感度，コストである．光の波長を変えることによる解像度向上，受光素子の感度向上などが図られている．地図は静的情報であるが，これに移動物の存在性を加えることができる．
さらに，3 次元構造地図を作ろうとしている．この地図の中のどこに車がいるかセンサーデータとのマッチングをとる．リファレンス測位で 10cm の精度で地図上の位置が決まる．GPS との併用もある．課題は高精度地図を作るコストと鮮度保証である．地図のデータは計測車両でとることができる．自動で位置を決めることは出来るが，どこを走ったら良いかまでは示せていない．走行車両のセンサーでとった情報で地図を絶えず更新することも考

自動運転は人が行っている認知，判断，操作を人工知能（AI）で行うことになる．自動運転は 2020 年に出来

NanotechJapan Bulletin Vol. 9, No. 2, 2016

えられる．公道評価はある地域での知能獲得になる．今のところ基礎データの取得の段階にある．

第 14 回ナノテクノロジー総合シンポジウム（JAPAN NANO 2016）開催報告 -15

自動運転では，人とのコミュニケーション，災害対応などが問題となる．ナノテクノロジーにはセンサーなどの開発を期待している．

【閉会挨拶／ Closing Remarks 】
野 田 哲 二（JAPAN NANO 2016 組 織 委 員 長， 物
質・材料研究機構ナノテクノロジープラットフォー
ム セ ン タ ー 長 ） ／ Tetsuji Noda（Chairperson of
the Organizing Committee of JAPAN NANO 2016
/ Director, Center for Nanotechnology Platform,
National Institute for Materials Science Japan）

からの参加者は 10 余名であった．悪天候の中の出席，長時間の参加に感謝する．

本シンポジウムでは，ナノテクノロジープラットフォー
ムの成果を紹介し，最新のトピックスの講演をお願いし（古寺 博）

た．事務局の報告によると参加者は 500 余名，うち海外

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