hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
自閉症児における子ども同士の協同活動の発達アセスメントと支援プログラムの開発

共有、コミュニケーション、援助、情動調整の4側面から構成される、3歳から5歳の子ども同士の協同活動発達アセスメントを開発し、典型発達幼児に適用した結果、発達的妥当性が示された。また本アセスメントを自閉症児と知的障害児に適用した結果、障害特性把握のための妥当性が示された。本アセスメントに基づく、「子ども同士の協同活動の発達支援プログラム」を試行的に自閉症児のグループに適用し、アセスメントと支援プログラムの妥当性について検討した。研究実績の概要:子ども同士の協同活動の成立のための条件である共有・役割理解(sharing)、情報を与える(informing)、相手を手助けすること(helping)がの各要素を構成したアセスメントを開発し、その妥当性を検討した。(1)アセスメント項目の構成:Tomasello(2008)の「協同活動発達段階理論」に基づき子ども同士の協同活動について、A)共有(12項目)、B)コミュニケーション(会話の維持)(13項目)、C)援助(12項目)、D)情動調整(14項目)の領域毎に、レベル1(2-3歳相当)、レベル2(3-4歳相当)、レベル3(4-5歳相当)、からなるアセスメント項目を作成した。(2)アセスメントの妥当性の検討:A幼稚園に通う3歳児・4歳児・5歳児、各10名の計30名(4歳児1名、5歳児2名は記入不備のため除外した)。質問紙には対象児の担任教諭が回答するものとし、回答方法は「はい・いいえ」の二件法とした。各項目の通過率と対象児の年齢や発達との関係をみるために、質問紙と同時にKIDSにも記入をお願いした。3)結果:質問紙の結果と対象児の年齢、KIDSの結果から相関関係を算出した。アセスメント項目全体の結果と生活年齢やKIDSによる発達年齢との相関関係をみると、生活年齢(r=0.56)・発達年齢(r=0.79)共に相関がみられた。特に発達年齢との相関が強く、本アセスメント項目が発達的に即して作成したことを反映していると考えられる。また、個別の項目に関しては黒木・大神(2003)を参考に50%を通過の基準として通過率を算出した。個別の項目では項目によって通過率のばらつきがみられた。そのため、回答者の具体例や分かりにくかった項目の意見を参考にし、今後項目の修正を行い、標準化を行っていく予定である。I.アセスメントの妥当性の検討(2):昨年度予備研究によって妥当性を検討した「子ども同士の協同活動発達アセスメント」を、自閉症児と知的障害児に適用し、本アセスメントが障害特徴を示しているかを検討し、今後の支援方法の観点を検討することを目的とする調査を行った。対象児は特別支援学校に在籍する知的障害児1名(A児)と自閉症スペクトラム障害児1名(B児))であった。2名の児童の生活年齢、発達年齢は概ね同程度であり、知的障害児、自閉症児は共にCA:7歳、MA:5歳程度であった。アセスメントは、「共有」に関する12項目、「コミュニケーション」に関する13項目、「援助」に関する12項目、「情動調整」に関する13項目の計50項目から成る。各児童のアセスメント結果の達成率から、障害特性における社会性の発達の特徴と今後の支援につながる観点の検討を行った。その結果、知的障害児では、全般的にMA相当の通過率を示していた。「共有」「援助」に関しては通過率が高く、「コミュニケーション」「情動調整」に関しては通過率が低かった。自閉症児では、MAと比べると全般的に通過率が低かった。領域間では「共有」が一番高い通過率を示した。具体的には、相手と一緒に活動することや相手へ興味を示すことは可能であるが、相手に自分から働きかけることが課題となっていた。2名のアセスメント結果の違いから、本アセスメントにおいて発達年齢によらない子どもの特徴の把握が可能であることが示唆された。II.典型発達幼児集団への適用:上記の結果を得て、600人(35歳)の典型発達幼児への質問紙による仲間関係のアセスメントを行い、現在分析中である。III.障害児の仲間関係支援プログラムの開発:「子ども同士の協同活動発達アセスメント」に対応した仲間関係支援実践例を分析し、支援プログラムを検討した。障害児へのアセスメントの適用によって、障害特性が検出でき、質問紙の妥当性が確認された。また典型発達児600人への質問紙調査を行い、「仲間関係発達支援プログラム」の開発研究を行ったため。Tomasello(2008)の研究を参考に、「共有」に関する項目12項目、「コミュニケーション」に関する項目13項目、「援助」に関する項目12項目、「情動調整」に関する項目14項目から構成される、3歳から5歳児を対象にした「子ども同士の協同活動発達アセスメント」のための質問紙を開発した。3歳から5歳の30名の典型発達児に適用し、分析を行い、項目の妥当性を検討した。アセスメント項目全体の結果と生活年齢やKIDSによる発達年齢との相関関係をみると、生活年齢、発達年齢共に高い相関がみられた。通過率のばらつきがみられたため、項目の配置の修正を行ったうえ、300名の典型発達児発達幼児に適用し妥当性の最終確認を行った。

また、「子ども同士の協同活動発達アセスメント」を自閉症児と知的障害児に適用した結果、知的障害児では全般的MA相当の通過率を示す一方で、自閉症児では他者とのコミュニケーションや他者を援助する項目と情動調整に関して難しさがみられ、障害特性把握のための妥当性が示された。これらの知見などから本アセスメントに基づいて、「共有」、「コミュニケーション」、「援助」、「情動調整」の4側面から構成される「子ども同士の協同活動の発達支援プログラム」を作成し、試行的に自閉症児のグループ活動に適用し、アセスメントおよび支援プログラムの妥当性について検討した。その結果、大人は協同活動のアセスメントによって、活動での子ども同士の協同活動の水準を予想し、支援プログラムによって支援方法が準備でき、子ども同士の協同活動が一段階高次化する様相も見られた。共有、コミュニケーション、援助、情動調整の4側面から構成される、3歳から5歳の子ども同士の協同活動発達アセスメントを開発し、典型発達幼児に適用した結果、発達的妥当性が示された。また本アセスメントを自閉症児と知的障害児に適用した結果、障害特性把握のための妥当性が示された。本アセスメントに基づく、「子ども同士の協同活動の発達支援プログラム」を試行的に自閉症児のグループに適用し、アセスメントと支援プログラムの妥当性について検討した。子ども同士の協同活動のアセスメント尺度の大枠ができあがり、妥当性の検討も行えたため。障害児への適応による妥当性は27年度に行う予定である。1.「子ども同士の協同活動発達アセスメント」の典型発達幼児600人への適用による分析:典型発達幼児600人(3-5歳)の調査結果を分析し、仲間関係の発達過程の分析と、検査の妥当性の検討を行う。2.障害児の仲間関係支援プログラムの開発:「子ども同士の協同活動発達アセスメント」に対応した仲間関係支援実践例を収集し、発達支援プログラムを完成させる。発達支援学【研究IIー2】発達障害児による協同活動のアセスメント方法の妥当性・信頼性の検討<目的>【研究I-1】で構成した「子ども同士の協同活動アセスメント(A-COA)」の妥当性について自閉症児を対象に検討する。【研究IIー3】子ども同士の協同活動の縦断的検討:2歳児2名について縦断的に協同活動を観察し、アセスメント尺度を適応する。【研究III協同活動支援プログラムの開発】<目的>協同活動発達アセスメント(A-COA)で決定された支援水準に対応した「協同活動発達支援基本プログラム(I-COAに基づき、具体的な活動課題に基本プログラムの各領域の目標を埋め込んだプログラムを開発する。典型発達幼児へのアセスメントを行ったが、分析結果の集計に時間を要し、分析・検討のための謝金の一部の使用などを次年度に行うこととしたため。アセスメントの障害児への適用が学校施設の都合から平成27年度に行われることになったため。1.典型発達幼児のアセスメント結果の分析・検討:データの分析・検討のための謝金支出など。2.障害児の仲間関係発達支援プログラム開発:プログラム開発のための教材・行動記録のための消耗品など。【研究IIー2】発達障害児による協同活動のアセスメント方法の妥当性・信頼性の検討<目的>【研究I-1】で構成した「子ども同士の協同活動アセスメントの妥当性について自閉症児を対象に検討する。【研究IIー3】子ども同士の協同活動の縦断的検討:2歳児2名について縦断的に協同活動を観察しアセスメント尺度を適応する。
遷臨界二酸化炭素サイクルの減圧沸騰と流動沸騰過程における潤滑油の影響

二酸化炭素ヒートポンプ給湯器はその省エネ性と環境性能が高く評価され、日本では普及されているが、更なる性能向上のためには熱交換器内部の蒸発及び凝縮特性の解明が求められている。特に潤滑油の混入により、伝熱性能が純冷媒のそれから大幅に低下するため、そのメカニズムの解明と伝熱性能予測手法の確立が不可欠である。本研究は内径2mmの伝熱管を用いて広い質量流量、熱流束と潤滑油濃度条件における管内流動沸騰伝熱特性の実験測定及び理論計算モデルの構築を行った。蒸発温度が15°Cであるため純二酸化炭素冷媒の流動沸騰伝熱には核沸騰が支配的であるが、潤滑油の混入により伝熱メカニズムが変わり、低クオリティーには核沸騰支配、高クオリティーにおいては強制対流沸騰の影響が顕著に見える。さらに、PAGタイプの潤滑油の濃度が0.5%を超えたら50%以上の伝熱性能低下が観察され、適切な潤滑油の管理及び相溶性の潤滑油を用いる必要が示唆されている。実験結果を踏まえて、潤滑油と冷媒の混合物の表面張力、粘性などの熱物性を用いて潤滑油が混入した場合の伝熱性能予測モデルを提案した。また、カーエアコンに提案されている低GWP冷媒HFO1234yfおよび定置用空調機に提案されている低GWP混合冷媒(e.g.HFO1234yf+HFC32)のフィジビリティーを考察するため、HFOI234yf、HFC32純冷媒、およびHFO1234yf+HFC32混合冷媒(混合比50/50%と80/20%)の管内流動沸騰伝熱特性を実験的に計測し、その伝熱特性を明らかにした。特にHFO1234yfとHFC32との冷媒の飽和圧力の差が大きいため、液体内部の濃度分布の不均一により伝熱性能への影響を考察し、混合冷媒の伝熱性能予測モデルを提案した。提案した伝熱性能予測モデルは広い実験条件において実験結果をよく再現でき、混合冷媒を用いた次世代定置用エアコンの熱交換器の設計及びサイクルの実運転性能の解析に適用することが可能である。冷凍空調業界においては次世代空調機の冷媒選択に悩まれています。現状の定置用空調機に使われているHFC冷媒は温室ガスであるため制限すべきという意見が出始めていますが、有力な候補まだ見つかっていません。今まで日本がリードしている二酸化炭素給湯器の技術を定置用空調機への適用と、カーエアコン用に開発される低GWP冷媒(HFO1234yf)に高効率冷媒(ただし、多少の可燃性あり、GWPが大きい)を混合した混合冷媒が検討されています。本研究は、CO2冷媒の伝熱特性とHFO1234yfを主成分とする混合冷媒の伝熱特性の実験測定により、それらの冷媒を次世代定置用空調機に用いる可能性を検討します。CO2冷媒の伝熱特性は従来冷媒よりかなり異なり、高圧条件で運転するため、核沸騰伝熱は支配的な伝熱メカニズムになりますが、壁面付近の強制対流伝熱により、核沸騰伝熱に多大な影響を与えることが実験から分かりました。また、従来の強制対流伝熱のモデルには、液層の見かけ速度と人為的な二相流増大係数を用いて対流の効果を評価していますが、本研究は、実際の液層速度と液層内の熱伝導をモデリングし、新たな伝熱モデルを提案しました。また、潤滑油が混入した場合の伝熱低下は、冷媒/潤滑油の熱物性の評価により、純冷媒と同じ式を用いて評価できることが分かりました。HFO1234yfを主成分とする混合冷媒の伝熱特性を評価するため、まず混合対象であるHFC32冷媒の流動沸騰熱伝達特性の実験測定を行い、蒸発温度15°Cにおける熱伝達率と圧力損失を測定し、伝熱相関式の作成が行いました。HFC32冷媒は、HFC134aあるいはHFO1234yf冷媒より2倍程度熱伝達率が大きいことが分かりました。また、低熱流束条件には強制対流沸騰支配、高熱流束条件には核沸騰支配特性が実験測定により確認しました。平成22年度には、HFO1234yf・HFC32混合冷媒の伝熱特性の実験特性の測定を行い、混合冷媒の伝熱特性メカニズムの解明と、低GWP混合冷媒のサイクル特性について検討する予定です。

実験結果を踏まえて、潤滑油と冷媒の混合物の表面張力、粘性などの熱物性を用いて潤滑油が混入した場合の伝熱性能予測モデルを提案した。また、カーエアコンに提案されている低GWP冷媒HFO1234yfおよび定置用空調機に提案されている低GWP混合冷媒(e.g.HFO1234yf+HFC32)のフィジビリティーを考察するため、HFOI234yf、HFC32純冷媒、およびHFO1234yf+HFC32混合冷媒(混合比50/50%と80/20%)の管内流動沸騰伝熱特性を実験的に計測し、その伝熱特性を明らかにした。特にHFO1234yfとHFC32との冷媒の飽和圧力の差が大きいため、液体内部の濃度分布の不均一により伝熱性能への影響を考察し、混合冷媒の伝熱性能予測モデルを提案した。提案した伝熱性能予測モデルは広い実験条件において実験結果をよく再現でき、混合冷媒を用いた次世代定置用エアコンの熱交換器の設計及びサイクルの実運転性能の解析に適用することが可能である。
せん断流中における赤血球の破壊に関するバイオメカニクス的研究

1.研究目的光学顕微鏡下に互いに逆回転する2枚の平行な円盤を設置し,赤血球の懸濁液を円盤間に挿入することで,任意のせん断速度を負荷しながら赤血球が変形・破壊してゆく過程を観察できる精密レオスコープを開発し,血球破壊の力学的条件とその機構を明らかにスルことを目的とする.2.方法(1)レオスコープの原理円盤間の隙間の中央に存在する赤血球は,等角速度で互いに逆回転する平行な2枚の円盤に挟まれることによって,せん断を受けながら,顕微鏡の対物レンズに対して静止するため,その破壊の過程を観察できる.(2)方法2枚のガラス製の円盤を,DCモーター・回転制御装置によって,所定の回転速度に制御した.赤血球を懸濁した液体を,この円盤間に挿入し,顕微鏡,CCDビデオカメラを用いて,撮影・記録した.全血を遠心分離し,沈殿した赤血球にPBS(phosphate buffer saline)を加え,さらに遠心分離し,比重法を利用して,赤血球の細胞年齢別分離を行い,2035%デキストラン水溶液,または065%グリセリン水溶液中に懸濁させた.溶媒を変えることによって粘性係数etaを変化させ,せん断速度gamma一定のまま,せん断応力tauを変化させた.円盤間に赤血球懸濁液を挿入し,両凹円盤から回転楕円体形状に変形,破壊されるまでの様子を記録・解析した.3.結果せん断応力が6 Pa以下の領域においては,せん断応力の増加に伴って赤血球の変形が著しい進行することがわかった.また,せん断応力が616 Paの領域における赤血球の変形の程度は,(1)密度の小さい赤血球では,密度の大きい赤血球よりも大きいこと,(2)赤血球周囲の流体の粘性係数やせん断速度には依存しないことがわかった。
カルノー群の幾何構造と等質空間上の調和写像

今年度も昨年度に引き続き,k-termカルノー空間の間の調和写像について,東北大学の西川青季氏と共同研究を行った.k-termカルノー空間は負曲率リーマン多様体なので,自然にそのコンパクト化が考えられる.カルノー空間をこのように境界付き多様体とみなしたとき,その可微分構造が無限遠の1点を除いて綺麗に定義されることを見出した.また,これに伴って,k-termカルノー空間の間の固有な調和写像の無限遠境界値問題の解の一意性に関する結果を導いた.これらの結果については11月に行われた「山口大学幾何学小研究集会」において,「カルノー空間と調和写像の無限遠境界値問題」という題名で発表した.また一方,東北大学の長澤壮之氏との共同研究を通じて,群同変調和写像の存在定理を証明した.ユークリッド空間や双曲型空間型など,十分大きな等長変換群の作用を持つ非コンパクトリーマン多様体の間の群同変調和写像,すなわちそれらの群作用に関して不変な調和写像を考えると,その方程式を常微分方程式に帰着することができる.われわれはこの常微分方程式をより一般的な状況で研究し,その解の存在・非存在,および一意性などを導き,具体的なリーマン多様体間の調和写像の存在・非存在に関する結果を証明した.また,この結果を論文としてJournal of the Mathematical Society of Japanに発表した.今年度は東北大学の西川青季との共同研究を通して,次の2つの研究効果をあげることができた.1つめは,複素双曲型空間の間の調和写像の複素解析性についてである.複素双曲型空間は理想境界を付け加えることにより,自然にコンパクト化でき,境界付きの多様体とみなせる.このとき一般に,複素双曲型空間の間の固有な正則写像は理想境界のCR構造を保存することが知られている.われわれは逆に,複素双曲型空間の間の固有な調和写像が,境界までC^4級に延び,境界でCR構造を保存するならば,それは正則写像に他ならないことを証明した.2つめは,k-termCarnot空間の間の固有な調和写像の無限遠境界値問題についてである.われわれはまず,Carnot空間に間の固有な調和写像が、無限遠境界上で満たすべき必要条件を決定し,同じ境界値をもつ固有な調和写像が内部でも一致するための十分条件を導いた(一意性定理).また,このとき得られる必要条件が境界の幾何構造と内部の幾何構造とを密接に結び付けていることが予想されている.さらに,適切な微分可能性があり,上の必要条件を満たす'nondegenerate'な写像を境界に与えたとき,その写像を境界値とする固有な調和写像の存在を証明することもできた(存在定理).今年度も昨年度に引き続き,k-termカルノー空間の間の調和写像について,東北大学の西川青季氏と共同研究を行った.k-termカルノー空間は負曲率リーマン多様体なので,自然にそのコンパクト化が考えられる.カルノー空間をこのように境界付き多様体とみなしたとき,その可微分構造が無限遠の1点を除いて綺麗に定義されることを見出した.また,これに伴って,k-termカルノー空間の間の固有な調和写像の無限遠境界値問題の解の一意性に関する結果を導いた.これらの結果については11月に行われた「山口大学幾何学小研究集会」において,「カルノー空間と調和写像の無限遠境界値問題」という題名で発表した.また一方,東北大学の長澤壮之氏との共同研究を通じて,群同変調和写像の存在定理を証明した.ユークリッド空間や双曲型空間型など,十分大きな等長変換群の作用を持つ非コンパクトリーマン多様体の間の群同変調和写像,すなわちそれらの群作用に関して不変な調和写像を考えると,その方程式を常微分方程式に帰着することができる.われわれはこの常微分方程式をより一般的な状況で研究し,その解の存在・非存在,および一意性などを導き,具体的なリーマン多様体間の調和写像の存在・非存在に関する結果を証明した.また,この結果を論文としてJournal of the Mathematical Society of Japanに発表した.
MEMS技術による光音響式血糖値センサの開発

非侵襲に加え連続的な血糖値計測に関する研究が続けられているが、実用化までには至っていない。連続的な血糖値計測の実現には、装置の小型化、低消費電力化が必要となる。そこで、携帯電話などに利用されるマイクを用いて、光音響式血糖値センサの小型化の可能性について検討した。試作センサを用いて、グルコース水溶液の光音響信号計測を行なった結果、1000mg/dl以下の範囲において、濃度に比例した光音響信号の強度変化が得られた。我々は、光音響分光法(Photoacoustic Spectroscopy ; PAS)による非侵襲血糖値測定システムの開発を続け、測定精度の向上を図ると共に、装置の小型化を進めている。最近、非観血に加え、連続的な血糖値測定に対する要望が高まりつつある。血糖値の連続的な測定を実現するためには、システムの低消費電力化、小型化が必須の課題であり、そこで、本研究課題は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用し、小型かつ低消費電力な光音響式血糖センサの開発を行っている。MEMS技術を用いた構成要素の設計では、実際の半導体微細加工のプロセスを考慮して行う必要があるため、プロセス解析ツールが用いられている。このソフトウェアを利用して、当初の計画していた励起光源部と一体化された信号検出器を設計したところ、加工時間が大幅に掛かり、年限度内に計画を遂行できない可能性が判明したことや製造会社との打合せにより費用もかさむこともあり、MEMS技術による静電容量式マイクのみから構成される光音響式血糖値センサを設計することとした。また、微細加工技術によりセンサの空間容積を極小にできることから、センサの高感度化が期待できるが、小容積化により高感度が低下する要因を検討するため、マイクロホンや光ファイバを設置する空間以外の無駄な部分を細径化したセンサについて光音響現象を模擬した解析と実験とを行い、その結果を比較した。そこで、試料を固定しない条件では、試料自体の振動により検出感度が低下することが判明した。そのため、次年度以降では、生体を対象とした場合に検出感度を低下させない測定部位の固定方法について、光音響現象を模擬した解析と実験より検討することとした。これまで様々な非侵襲血糖値計測に関する研究が行われているが、困難なテーマであり、未だ、実用的な手法は確立されていない。我々は、光音響分光法による非侵襲血糖値測定システムの開発を行っているが、最近では、非観血に加え、連続的な血糖値測定に対する要望が高まっている。血糖値の連続的な測定を実現するためには、システムの低消費電力化、小型化が必要となり、MEMS (Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用した光音響式血糖センサの省電力化、小型化について検討を行った。具体的には、MEMS技術を利用した光音響式血糖センサを製作可能な範囲で感度が最大となる寸法を選定し、さらに、そのMEMS型センサを複数配置することにより感度上昇を試みることとした。光音響式血糖センサに用いるコンデンサマイクロホンの感度は、薄膜の半径は大きく、厚さは薄く、空隙は狭くすることにより感度向上が得られることから、半径0.5mm、厚さ10μm、間隙0.1μmとし、主にPolysiliconを使用する想定した。Polysiliconの各々の物性値はヤング率166GPa、ポアソン比0.27、内部応力35MPaであり、これらより感度は約1.3mV/Paと算出された。しかし、配置できる個数は現在検討中であるが、例えば10個配置したとすれば、全体としての検出器の感度は13mV/Paと従来のマイクロホンの感度100mV/Paと比較して低い。そこで、ヤング率が3.2GPaのParyleneを使用することにより、信号検出素子1個の感度は138mV/Paと飛躍的に向上することを確認した。また、内部応力は製造時の温度履歴に影響されることから、今後、この値を数値解析により制御することを予定しており、さらに感度の向上が見込めると考えられる。血糖値の連続的な測定を実現するためには、システムの低消費電力化、小型化が必要となることから、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術を利用した光音響式血糖センサの省電力化、小型化について検討を行った。このツールを利用して、当初に計画していた励起光源部と一体化された信号検出器を設計したところ、加工時間が大幅に掛かり、年限度内に計画を遂行できない可能性が判明したことや製造会社との打合せにより費用もかさむこともあり、MEMS技術による製造された静電容量式マイクホンのみから構成される光音響式血糖値センサを試作した。

試作した光音響式血糖値センサと波長1540nmのCWレーザを光源として用いて、グルコース水溶液の光音響信号計測を行なった。その結果、1000mg/dl以下のグルコース濃度範囲において、100回の平均化処理でも十分な感度が得られることが確認され、濃度に比例した光音響信号の強度変化が得られた。また、音響管と光マイクロホンを組み合わせた従来の信号検出器を用いて、変調周波数を1.6-1.9kHzの範囲で調整することによって、光音響信号を深さ2-3mmの領域から選択的に検出できることを明らかにし、血糖値の測定精度を向上できる可能性を示した。
ウオータージェットを用いた新旧コンクリートの打継ぎに関する研究

本実験的研究で明かとなった新たな知見および研究成果は以下の通りである。ウオータージェット工法を用いて旧コンクリートの表面処理を行なう場合はロータリージェットを利用し、所要の処理深さを得るために、コンクリートの強度に応じて水圧を設定する。所要の処理深さは7mm程度以上に設定する必要がある。この場合、曲げ強度比を用いて打継ぎ強度を評価すると、鉛直打継ぎにおいて8090%の曲げ強度比を得ることができる。曲げ強度比はコンクリートの水セメント比、使用粗骨材の種類によらない。しかし、鉛直打継ぎの場合はコンクリートのブリージングが打継ぎ強度に大きな影響を与えるので、新コンクリートの配合を考慮する必要がある。ウオータージェットによる表面処理において注意すべき点は、過大な水圧によって処理面を痛めことがなく、処理後の施工時に打継面の付着物を除去することである。曲げ強度試験時のアコースチック・エミッション(AE)計測によって、打継ぎの有無がAE発生に影響を与えることが明かとなった。すなわち、打継目は終局破壊近傍で脆性的に破壊し持続長の大きい液が発生する。しかし、波の最大振幅、周波数は打継目の有無と直接的な関係はない。今後の研究として、鉛直打継ぎに大きな影響を与えるコンクリートのブリージング発生と打継ぎ強度との関係を検討する。水セメント比50,60および70%、粗骨材は砕石あるいは砂利を用いた旧コンクリートの打継ぎ面をウオータージェットによって表面処理を行い、旧コンクリートと同配合の新コンクリートを打継いで所定の養生を行った後、三等分二点集中載荷法による曲げ試験を行い、打継ぎ強度を評価した。強度試験時にはアコウスチック・エミッション計測も行って打継ぎ面付近からの微小発壊音の特性を検討した。その結果、以下に述べる事項が明らかとなった。1.ウオータージェットによる処理深さは、噴射1回ではコンクリートの強度に影響されない。2.水平打継強度は鉛直打継強度より大であり、90%程度の曲げ強度比が得られた。ウオ-タジェット法の内、ノズルを回転させながら切削するロータリージェット工法を用いると、鉛直打継ぎにおいても8090%曲げ強度比となった。4.使用粗骨材の種類が打継強度に与える影響は小さい。5.表面処理を行わずに打継ぎを行った場合は、打継強度が期待できない。6.アコウスチック・エミッションは、表面処理の無い場合は載荷初期から振幅の小さいAEが多数発生して脆性破壊を生じるが、打継強度の大きい場合は、振幅の大きいAEが発生する。最終年度では1)ウオータージェットの処理条件と処理深さ、2)打継強度と処理深さ、3)鉛直打継ぎとブリージングの関係、4)処理深さとせん断抵抗および5)ウオータージェット工法を用いた表面処理工法手順について検討した。1)について、ウオータージェットを施工する際に所要の処理深さを得るための支配的条件は水圧であるから、水圧を500、1000、1500kgf/cm2と設定し1往復、2往復あるいは3往復の処理作業を行って、0.8から14.7mmの処理深さを得た。その結果、処理深さは水圧および処理回数が大きくなる程指数関数的に増大することが明らかとなった。2)について、打継強度を表す曲げ強度比は処理深さが5mないし7mmで80%以上を示し、これは採用できる強度と考えられた。鉛直打継ぎの場合は、ブリージングによって処理面に不純物が付着するため大きな打継強度が得られない場合が生じ易い。本研究では鉛直打継ぎの場合のみを対象として実験的に検討したところ、ロータリージェット処理工法を用いて所定の処理深さを設定すると、曲げ強度比が80%以上となることを確認できた。打継目のせん断抵抗は、曲げせん断試験によって検討した。この場合、粗骨材の露出度を定量的に設定するために鋼球を埋め込み、その面を処理して打ち継ぎを行った。ブリージングの影響を受けて不純物の付着した面の場合は噛み合わせが期待出来ず、大きな打継強度は得られなかった。

ウオータージェットを用いた新・旧コンクリートの打ち継ぎにおいては、旧コンクリートの強度に応じて所要の処理深さを得るための処理条件すなわち水圧を設定することが重要である。新コンクリートの打ち継ぎに際しては、処理面への付着物が無いように管理し、ブリージングの少ないコンクリートを打設する。以上によって、曲げ強度比80%の打継強度を補助工法無しに得ることができると考える。
プロティストを用いた放射性セシウムの土壌からの抽出・吸収・減容システムの構築

本研究により、汚染土を亜臨界水処理することで効率的に放射性セシウムが遊離可能であり、また遊離した放射性セシウムを新規真正眼点藻Vacuoliviride crystalliferumや温泉紅藻Galdieria sulphurariaなどの高度セシウム吸収能力を有するプロティストに吸収させることで、エネルギーコスト的に優れた除染・減容システムが構築できることを明らかにした。1.汚染土からの放射性セシウムの遊離汚染土を福島県より入手し、土壌に結合した放射性セシウムの遊離を試みた。まず、酸性溶液による遊離を確認するため、後述する温泉藻Galdieriaの培地(pH 2.5)で処理したが、十分な遊離は確認されなかった。また、培地のpHを1.0まで変化させたが、効果は無かった。そのため、現在、酸処理と同時に高温や高圧等の物理的処理を加えての遊離を検討している。2.遊離した放射性セシウムの微細藻類を用いた吸収と減容<温泉藻Galdieriaによる放射性セシウムの吸収>本藻のセシウム吸収に関する栄養条件を検討したところ、グルコース添加下で光を当てた条件(混合栄養)で最も吸収が見られ、光のみ(独立栄養)やグルコースのみ(従属栄養)ではほとんど吸収されなかった。また、pH 5.5よりpH 2.5での成育でよりセシウムが吸収されたことから、汚染土からのセシウム遊離において酸処理が必要な場合、本藻の適用が有効であることが示唆された。<高度セシウム吸収藻nak 9による放射性セシウムの吸収>本藻のセシウム取り込みに関して、カリウムイオンと競合し、凍結乾燥標品や低温および暗黒下では吸収されなかったことから、セシウムは細胞表面への吸着ではなく、細胞内への能動的な吸収であることが分かった。本藻の増殖では、光条件、温度条件、pH条件、塩濃度などいずれも広範囲の生育条件でも高い成育能を示した。このことは本藻の生育においては成育環境を厳密にコントロールする必要が無い、すなわち本藻を用いることで、エネルギーの投入が最低限で済み、低コストの除染が可能となることが明らかとなった。また、本藻はカリウム欠乏に対しても極めて耐性が高く、カリウム無添加の培地で継代培養しても、増殖がコントロールとほとんど変わらなかった。このことも本藻利用のアドバンテージであることが分かった。本研究においては、東日本大震災時の福島第一原子力発電所の事故により拡散された放射性セシウム(Cs)をプロティストを用いて低コストの抽出、吸収および減容の手法を開発することを目的とした。汚染土からの放射性Csについては、低コストの化学溶媒として福島県沼尻温泉から採取した酸性温泉水(pH 1.9)を検討し、物理化学的処理として電気浸透法と亜臨界水処理法を検討した。電気浸透法については、際だった効果は認められなかった。一方、亜臨界水処理では、マイカやゼオライトに吸着させたCs-137を温泉水で処理したところ、マイカで約60%の遊離が確認された。そこで福島県南部で採取した汚染土において亜臨界水処理の効果を確認したところ、抽出に用いた純水、3%過酸化水素水、温泉水、4%硫酸いずれにおいても、未処理を行わなかった試料に比べて2倍以上の抽出効率が得られることが分かった。また遊離性の放射性Csの吸収については、新規真正眼点藻Vacuoliviride crystalliferumを見出し、本藻が6 mg Cs-137/mg Chl/hという極めて高いCs吸収能力を有することを明らかにした。本藻のCs吸収の親和性は50 nMであり、極めて微量でも吸収可能であることが分かった。更に、暗黒下や低温下ではCsが吸収されないことなどから、能動的な吸収であることが示唆された。また、本藻は光、pH、塩濃度のいずれにおいても広い環境条件下で増殖した。このことは培養条件設定にエネルギーを要しないことを示しており、本藻は低コスト回収システムの実現に重要な役割を果たすものと考えられる。以上より、本研究により汚染土を酸性温泉水などの酸条件下で亜臨界水処理した後、遊離した放射性CsをV. crystalliferumで吸収させることで低コストの抽出、吸収および減容が可能となることを明らかにした。植物代謝生理学温泉藻や高度セシウム吸収藻を用いた遊離セシウムの吸収については順調に研究データが得られているものの、土壌からの放射性セシウムの遊離については、まだ条件が確立されていないため。1.汚染土からの放射性セシウムの遊離バイオリーチングを含めた生物を用いたセシウムの遊離を検討すると共に、加圧装置等を用いることで、物理的、化学的手法を組み合わせた抽出方法を早急に検討する。2.遊離した放射性セシウムの微細藻類を用いた吸収と減容高度セシウム吸収藻nak 9の100 L規模の大量培養系を確立する。

培養や株の維持や試薬調整のために実験補助員の雇用を予定していたが、適材を見つけることが出来ず、予定していた人件費・謝金について次年度使用額が生じた。引き続き実験補助員等の募集をすると共に、人的リソース不足をカバーするための既製品購入や自動計測装置等の導入を行う。
機能的毛細血管網が配備された組織再構築のための方法論

再生医療のための生体組織構築においては,血管系非配備の場合にはその厚さは酸素の拡散と消費によって決定され,通常の組織では200マイクロメーター程度である.上述のように本課題は生体外での組織構築にとって極めて重要な問題に関連するが,未だに生体外で機能的な毛細血管網の構築に成功した例はないといってよい.従って,時間の許す限り様々なアプローチ.を極力同じ細胞群を使用して試すという戦術を取った.具体的には,(1)マイクロ流体デバイス技術を使用するアプローチ,(2)マイクロゲルモールディングに基づくアプローチ,(3)モジュラーアッセンブリィーに基づくアプローチ,の3つである.また,血管構成細胞として,ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC),マウス周皮細胞へ分化する10T1/2細胞,マウス線維芽細胞NIH 3T3細胞を,また臓器由来細胞としてヒト肝ガンHepG2細胞を使用した.(1)については,コラーゲンやフィブリンゲル内部にチューブ状の灌流路を形成し,その内表面に血管内皮細胞を均一に播種・単層を形成することには成功した,しかしながら,培養液の灌流・VEGF-AやFGF-2といった血管新生を促進する増殖因子の添加等,基本的な外部条件を一通り試したが,チューブからゲル内部への顕著な血管新生を実現することはできなかった.(2)については,1日の培養にて中間のマイクロ流路内にゲル固定化された血管内皮細胞は,流路に沿ってチューブ状べと自己組織化した.血管内皮細胞に全面的に頼るのではなく,ある程度の人工的マイクロ構造を付与することの重要性が確認できた.形成された血管内皮チューブの内部には断続的な空間が多数形成されたが,その内部に培養液を連続灌流することは不可能であり,数日後には崩れてしまった,そこで,周皮細胞を血管内皮と共にゲル固定化したところ,二者が階層的に配置したチューブ状構造が形成され,それは10日間以上維持された.しかしながら,内部の貫通性についての顕著な改善は見られなかった.(3)については,臓器細胞エレメント(肝ガン由来細胞と線維芽細胞からなる)を,微小な生分解性不織布粉砕物と共に微小空間に充填固定化することで,広い間隙を物理的に確保するというアイデアの有効性を確かめた.その結果,不織布粉砕物を入れない系では早晩に機能低下が見られたが,不織布粉砕物を共に固定化した場合は,1週間以上にわたって安定した灌流培養が可能であり,肝臓の機能が高いレベルで維持された.再生医療のための生体組織構築においては,血管系非配備の場合にはその厚さは酸素の拡散と消費によって決定され,通常の組織では200マイクロメーター程度である。そこで本研究では,内部に培養液や血液を灌流することのできる真に機能的な血管ネットワークをin vitroで細胞の自己組織化能に依拠して形成させるための外部条件を見出すことを最終的な目標とする.生体における血管新生は存在する血管からの伸展によることがわかっているので,血管構成細胞からなるチューブ状の灌流路をもつマイクロバイオリアクターを作成した.このリアクターは間隙をもって配置された動脈と静脈それぞれ3本の灌流路を持ち,その間にはゲルや細胞を固定化できるように上部からアクセス可能なものである.上部は必要に応じて実験途中に完全に閉鎖可能な構造とした.現在まで,コラーゲンとフィブリンの複合ゲルをリアクター内に形成し,その中に灌流路を安定して形成可能とした.また,その灌流路の内表面に血管内皮細胞を播種し,単層を形成させることができている,このように灌流を可能となった後に,ゲル上部のアクセスロを閉じて,灌流路のみから酸素や栄養素の供給が行われる環境を実現できた.今後は,このリアクターにおいて様々な条件を変え,形成した血管からの血管新生を観測することとなる,検証を予定している条件としては,ゲル内への血管サポート細胞(周皮細胞や線維芽細胞またはその元となる間葉系幹細胞)や臓器実質細胞(肝または膵がん由来細胞など)の導入,動脈と静脈間の圧力差の付与,増殖因子の濃度勾配の付与,などである.また酸素濃度条件の改善と未知の生物学的作用を期待して,実血液または赤血球成分を懸濁した培養液の灌流も試みたい.再生医療のための生体組織構築においては,血管系非配備の場合にはその厚さは酸素の拡散と消費によって決定され,通常の組織では200マイクロメーター程度である.上述のように本課題は生体外での組織構築にとって極めて重要な問題に関連するが,未だに生体外で機能的な毛細血管網の構築に成功した例はないといってよい.従って,時間の許す限り様々なアプローチ.を極力同じ細胞群を使用して試すという戦術を取った.具体的には,(1)マイクロ流体デバイス技術を使用するアプローチ,(2)マイクロゲルモールディングに基づくアプローチ,(3)モジュラーアッセンブリィーに基づくアプローチ,の3つである.また,血管構成細胞として,ヒト臍帯静脈血管内皮細胞(HUVEC),マウス周皮細胞へ分化する10T1/2細胞,マウス線維芽細胞NIH 3T3細胞を,また臓器由来細胞としてヒト肝ガンHep

G2細胞を使用した.(1)については,コラーゲンやフィブリンゲル内部にチューブ状の灌流路を形成し,その内表面に血管内皮細胞を均一に播種・単層を形成することには成功した,しかしながら,培養液の灌流・VEGF-AやFGF-2といった血管新生を促進する増殖因子の添加等,基本的な外部条件を一通り試したが,チューブからゲル内部への顕著な血管新生を実現することはできなかった.(2)については,1日の培養にて中間のマイクロ流路内にゲル固定化された血管内皮細胞は,流路に沿ってチューブ状べと自己組織化した.血管内皮細胞に全面的に頼るのではなく,ある程度の人工的マイクロ構造を付与することの重要性が確認できた.形成された血管内皮チューブの内部には断続的な空間が多数形成されたが,その内部に培養液を連続灌流することは不可能であり,数日後には崩れてしまった,そこで,周皮細胞を血管内皮と共にゲル固定化したところ,二者が階層的に配置したチューブ状構造が形成され,それは10日間以上維持された.しかしながら,内部の貫通性についての顕著な改善は見られなかった.(3)については,臓器細胞エレメント(肝ガン由来細胞と線維芽細胞からなる)を,微小な生分解性不織布粉砕物と共に微小空間に充填固定化することで,広い間隙を物理的に確保するというアイデアの有効性を確かめた.その結果,不織布粉砕物を入れない系では早晩に機能低下が見られたが,不織布粉砕物を共に固定化した場合は,1週間以上にわたって安定した灌流培養が可能であり,肝臓の機能が高いレベルで維持された.
集団保育場面での保育者の音声特徴と幼児の行動・感情統制

保育者の声の特徴について、本年度は以下の研究を行った。(1)絵本読み課題において、経験が短い保育者ほど高くて変化のない声を使用し、経験の長い保育者は低めで変化のあるプロゾディーを用いることが示唆された。この結果は日本保育学会第54回大会において発表した。(2)1歳児の食事場面での保育者の発話について声の高さと抑揚を検討した結果、自他の行動や情動的状態についての発話では声の抑揚は小さく、指示的な発話では抑揚が大きくなることが示唆された。本研究は、紀要論文として発表した。(3)2,3歳児の外での自由遊び場面では、指示的発話が少なく保育者は落ち着いた声を用いる傾向が見られた。本研究は日本保育学会第55回大会で発表予定である。以上のことから、保育者が声の抑揚を強調するのは、食事場面のように幼児の行動を統制しようとする時や絵本のような架空の場面で登場人物の情動的状態に言及する場合であった。一方、同じ情動的な状態について語る場合でも、自他の情動の状態を客観的に見て言語化する過程を含んでいる発話の場合、むしろ声の抑揚は押さえられる傾向が見出された。また、絵本読みのように架空の物語について発話する時には、非現実的な情動の状態に現実感を持たせるために、かえって抑揚が強調されるのかもしれないこと、年長の子どもに対しては、これは架空の発話なのだということを明確化するためのコミュニケーション方略として機能しているのではないかという示唆を得た。「集団保育場面での保育者の音声特徴」をより客観的に把握するために、まず、保育者の音声の基礎データを測定した。現職保育者10名を被験者として、声帯に無理のかからない楽な声(optimal pitch)と習慣的に使用する声(habitual pitch)、絵本朗読時の声、通常の文章朗読時の声、大人との会話時の声について、サウンドスペクトグラムを用いて、声の高さ(基本周波数)、抑揚(最大、最小基本周波数、基本周波数レンジ)、発話速度(単位時間あたりの文節数)を測定した。学生10名を比較群として同様の分析を行った。現職保育者の音声は、学生に比べ、高くて抑揚が大きいという特徴を示した。これらの結果も興味深いと思われるので、引き続き被験者の数を増やして結果をまとめる予定である。保育所での資料収集に先立ち、現職保育者3名、学生9名を被験者とした予備研究を実施した。幼児2名、保育者(または学生)2名という小集団を構成し、自由遊びの状況を収録した。この資料をもとに、現在、幼児の注意持続時間、物理的行動範囲、感情表現、感情統制行動などの指標について分析を試み、検討中である。また、この予備研究中に、集団保育場面でのビデオによる音声収録の限界が明らかとなったため、保育所での資料収集時には、明瞭な音声を収録するために、ビデオ録画に加え、MD録音を採用することとした。上記の予備研究の分析と平行して、3ヵ所の保育所を主な研究フィールドとして集団保育場面での資料収集を開始した。事前に各保育所3回の参加観察を実施した後、様々な保育場面をビデオ録画し、その場の保育者の音声をMD録音した。データ収集の対象とした年齢クラスは、3歳から5歳、被験者となった保育者は10名であった。現在、保育者の音声分析は進行中であるが、幼児の行動分析については、今後、予備研究の結果を待って進める予定である。保育者の音声特徴を知るために平成11年度に収集したデータの中から、現職保育者3名、学生6名の声について、声帯に無理のかからない楽な声(optimum pitch)と習慣的に使用する声(habitual pitch)、絵本朗読時の声、通常の文章朗読時の声、大人との会話時の声の5条件で、声の高さ(基本周波数)、抑揚(最大、最小基本周波数、基本周波数レンジ)を測定した。結果は、立教女学院短期大学紀要、2000年、32号、137146に発表した。保育経験の違いによる保育者の声の特徴について検討した。被験者は保育経験1年未満から10年の15名について上記の研究と同様の分析を実施した。その結果、保育経験の長い保育者は、高い声よりも、大きな抑揚を使用し、保育経験のあまりない保育者は、抑揚よりも高い声を使用する傾向が見られた。この結果は、第54回日本保育学会(2001年5月)において発表予定である。現在、以下の2つのデータについて解析を継続中である。1.幼児2名、保育者(または学生)2名という小集団の自由遊びの状況を収録し、幼児の注意持続時間、物理的行動範囲、感情表現、感情統制行動などの指標について分析を試み、検討中である。被験者は保育者3名、学生9名。2.3ヵ所の保育所での保育場面をビデオ録画し、その場の保育者の音声をMD録音した資料について1.と同様の解析を試みている。

この結果は日本保育学会第54回大会において発表した。(2)1歳児の食事場面での保育者の発話について声の高さと抑揚を検討した結果、自他の行動や情動的状態についての発話では声の抑揚は小さく、指示的な発話では抑揚が大きくなることが示唆された。本研究は、紀要論文として発表した。(3)2,3歳児の外での自由遊び場面では、指示的発話が少なく保育者は落ち着いた声を用いる傾向が見られた。本研究は日本保育学会第55回大会で発表予定である。以上のことから、保育者が声の抑揚を強調するのは、食事場面のように幼児の行動を統制しようとする時や絵本のような架空の場面で登場人物の情動的状態に言及する場合であった。一方、同じ情動的な状態について語る場合でも、自他の情動の状態を客観的に見て言語化する過程を含んでいる発話の場合、むしろ声の抑揚は押さえられる傾向が見出された。また、絵本読みのように架空の物語について発話する時には、非現実的な情動の状態に現実感を持たせるために、かえって抑揚が強調されるのかもしれないこと、年長の子どもに対しては、これは架空の発話なのだということを明確化するためのコミュニケーション方略として機能しているのではないかという示唆を得た。
III族窒化物半導体ショットキー接合の制御とそのデバイス応用

本年度は、AlGaN/GaNヘテロ構造表面における表面伝導電流の評価、およびDLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)法によるAlGaN中の深い準位の評価を行った。以下に得られた知見をまとめる。2本のショットキー電極G1,G2をAlGaN/GaNヘテロ構造上に平行に配置し、G1-G2間距離(L_<GG>)を200nm-5μmで変化させた。表面電流I_sはL_<GG>の短縮に伴い、大幅に増加することが分かった。一方、縦方向電流I_vはL_<GG>にほとんど依存しなかった。さらに、I_vの温度依存性は小さく、界面を垂直に流れるトンネル電流と結論できる。一方、I_sには明瞭な温度依存性が確認され、AlGaN表面に沿った2次元のバリアブルレンジホッピングが電流輸送を支配していることが示された。また、AlGaN表面にSiN_x保護膜を堆積することで、表面電流が大幅に抑制できることを明らかにした。2. AlGaN中の深い準位の評価窒化物電子デバイスの動作安定性、長期信頼性といった本質的問題に目を向けると、AlGaN、GaN中の深い準位の基礎的な理解が強く求められる。MOVPE成長したAlGaNの深い準位をDLTS法によって調べた。DLTS信号の解析の結果、深さ1.0±0.1eV、捕獲断面積3×10^<-15>cm^<-2>の深い準位の存在が明らかになった。準位密度については、λ効果を考慮することで、6×10^<-15>cm^<-3>と見積もられた。λ効果を考慮しない解析では、準位密度が6×10^<14>cm^<-3>と大幅に過小評価されてしまう危険性も示した。本研究は、III族窒化物半導体ショットキー接合の制御を目的としている。これまでGaNショットキー界面のリーク電流機構を調べ、界面の電流輸送はThin Surface Barrier(TSB)モデルで説明できることを明らかにした。このモデルの考えは、表面近傍に意図しない高密度ドナーが存在し、イオン化することによってバリアを薄くする。その結果、トンネル電流の劇的な増加を招くと考えるものである。GaNでは、その主因となる表面ドナーが、窒素空孔欠陥(V_N)であることを明らかにした。結晶構成にAl原子を含むAlGaNのショットキー界面を調べるために、Niショットキー接合を形成し、温度を変えながら電流電圧特性を詳細に測定、さらにTSBモデルに基づいて理論的解析を行った。結果、以下の知見を得た。(1)Ni/AlGaNショットキー界面のリーク電流はNi/GaN以上に大きく、温度依存性がほとんどない。(2)これらの特徴は、浅いドナー準位の存在を表面近傍に取り入れることで、説明可能である。AlGaN表面近傍に存在すると報告される酸素不純物ドナーが、関係すると考えられる。したがって、AlGaNショットキー界面では、V_N欠陥ドナーに加え、酸素不純物ドナーがショットキーバリアの薄層化に寄与している可能性が高い。ここで得られた知見を基に、酸素不純物の除去を目的とする新しい表面制御プロセスを提案した。(1)窒素ラジカル処理、(2)Al薄膜の堆積、(3)超高真空中熱処理、(4)Al膜の除去、をショットキー電極形成前のAlGaN表面に行った。表面制御プロセスにより、以下の大幅な改善が得られた。(1)45桁の逆方向リーク電流の低減、温度依存性の回復が実現された。(2)表面処理を施さないAlGaNショットキー接合では、C-V評価から表面近傍におけるドナー密度の増加が検出されたが、表面処理によりその振る舞いは消滅した。さらに、AlGaN/GaN HFETのゲート制御特性、ゲートリーク電流特性に与える表面準位の影響を明らかにするために、ナノスケールショットキーゲートAlGaN/GaN HFETを試作し、測定・解析した。結果、ゲート端における横方向トンネル電流の存在が示唆された。本年度は、Al薄膜を用いた表面改質プロセスを提案し、AlGaNショットキー界面のリーク電流低減を実現した。また、表面改質プロセスをAlGaN/GaN HEMTのショットキーゲートに適用し、低ゲートリーク電流AlGaN/GaN HEMTを実現した。さらに、ゲートリーク電流の低減だけでなく、表面改質によるドレイン電流安定性の向上を確認した。これまで本研究では、GaN、AlGaNショットキー接合のリーク電流を系統的に調べてきた。その結果、ショットキー界面のリーク電流は、半導体表面近傍の欠陥・不純物に関連するドナーが引き起こすバリアの薄層化によって説明できることを明らかにした。AlGaN表面近傍の欠陥、不純物ドナーとして、窒素空孔欠陥(V_N)、酸素不純物が考えられる。そこで本研究では、表面近傍のV_Nと酸素不純物を除去するAl薄膜を用いた表面改質プロセスを提案した。表面プロセスとして、(1)窒素ラジカル処理、(2)Al薄膜の堆積、(3)超高真空中熱処理、(4)Al膜の除去、を連続して行った。はじめに、単層AlGaN上に形成したショットキー接合において、表面改質がリーク電流の低減に効果的であることが実験によって確認された。

さらに、ショットキーゲートAlGaN/GaN HEMTにこの表面改質プロセスを適用した結果、以下の大幅なデバイス特性の改善が得られた。(1)23桁のゲートリーク電流の低減、および温度依存性の回復(2)高温・大電流ストレスに対するドレイン電流安定性の向上ゲートリーク電流の低減は、単層AlGaNショットキー接合と同様に、表面近傍のV_N、酸素不純物の低減により得られた結果と言える。また、AlGaN/GaN HEMTでは、ソース・ゲート間および、ゲート・ドレイン間のAlGaN表面の欠陥・不純物除去が、ドレイン電流安定性の向上に繋がったと考えられる。本年度は、AlGaN/GaNヘテロ構造表面における表面伝導電流の評価、およびDLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)法によるAlGaN中の深い準位の評価を行った。以下に得られた知見をまとめる。2本のショットキー電極G1,G2をAlGaN/GaNヘテロ構造上に平行に配置し、G1-G2間距離(L_<GG>)を200nm-5μmで変化させた。表面電流I_sはL_<GG>の短縮に伴い、大幅に増加することが分かった。一方、縦方向電流I_vはL_<GG>にほとんど依存しなかった。さらに、I_vの温度依存性は小さく、界面を垂直に流れるトンネル電流と結論できる。一方、I_sには明瞭な温度依存性が確認され、AlGaN表面に沿った2次元のバリアブルレンジホッピングが電流輸送を支配していることが示された。また、AlGaN表面にSiN_x保護膜を堆積することで、表面電流が大幅に抑制できることを明らかにした。2. AlGaN中の深い準位の評価窒化物電子デバイスの動作安定性、長期信頼性といった本質的問題に目を向けると、AlGaN、GaN中の深い準位の基礎的な理解が強く求められる。MOVPE成長したAlGaNの深い準位をDLTS法によって調べた。DLTS信号の解析の結果、深さ1.0±0.1eV、捕獲断面積3×10^<-15>cm^<-2>の深い準位の存在が明らかになった。準位密度については、λ効果を考慮することで、6×10^<-15>cm^<-3>と見積もられた。λ効果を考慮しない解析では、準位密度が6×10^<14>cm^<-3>と大幅に過小評価されてしまう危険性も示した。