hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
暑熱障害発生リスク評価のための広域温熱環境モニタリング手法の開発

衛星リモートセンシングデータを用いた暑さ指数(WBGT)推定手法を開発した。気象衛星ひまわりデータの輝度温度値や快晴時全天日射量、植生指数、標高等を変数としたWBGT推定モデルを導出した。WBGT推定誤差はRMSEで3.0°C程度であったが、熱中症予防指針にあるWBGTの温度基準を基にした熱中症警戒レベルマップをある程度精度良く作成できる可能性を示した。次に、温熱環境指標と実際の暑熱障害発生件数との関連性を検証した。山梨県における熱中症救急搬送者データと気象データを利用して熱中症発生の実態把握を行い、熱中症発生には気象条件の違いの他に人口構成や主要産業等が影響を及ぼしている可能性を示唆した。平成25年度は、衛星リモートセンシングデータ及びGISデータを用いて、温熱環境指標の推定モデルを構成する各種変数の分布図の作成を行った。地表面温度(LST)は温熱環境指標の推定モデルを構成する重要な変数の一つと考えられ、衛星リモートセンシングデータから正確にLSTを推定するためには,大気補正に必要となる大気水蒸気量(可降水量)データが必要不可欠である。本研究課題では気象衛星ひまわり(MTSAT)データからLSTを推定する予定であるが、MTSATデータを用いて毎時のLSTを推定する際には, MTSATの観測範囲に対応した毎時の大気水蒸気プロダクトが必要となる。そこで、標高データと各等圧面及び地上での再解析プロダクトを用いて、MTSATデータを用いたLST推定に適した高解像度化再解析可降水量プロダクトを作成した。同様に日射量も温熱環境指標の推定モデルを構成する重要な変数の一つと考えられることから、GISソフトを用いて毎時の晴天時全天日射量分布図の作成を行った。さらに、相対湿度も温熱環境指標の推定モデルを構成する変数の一つと考えられることから、衛星リモートセンシングデータから推定した可降水量データを用いて地表付近の相対湿度分布図を作成するための基礎研究として、GPS可降水量から地表付近の相対湿度を推定する手法を検討した。最後に、次年度は温熱環境指標推定モデルから推定した温熱環境指標と暑熱障害発生件数データとの関連性を検証し、暑熱障害発生リスクに基づく評価基準を検討する予定であることから、山梨県における2004年から2012年までの熱中症による救急搬送者データと気象観測データを利用して山梨県における熱中症発生の実態把握を行い、熱中症の発生には気象条件の違いの他に人口構成や主要産業等が影響を及ぼしている可能性があることを明らかにした。広域温熱環境モニタリング手法の開発として、衛星リモートセンシングデータを用いた暑さ指数(WBGT)推定手法の開発を行った。まず、衛星リモートセンシングデータ及びGISデータを用いて、WBGT推定モデルを構成する各種変数の分布図を作成した。その後、地上気象データから推定されたWBGTを目的変数、気象衛星ひまわり(MTSAT)データの各チャンネルの輝度温度値や快晴時全天日射量、NDVI、標高等を説明変数とした重回帰分析によりWBGT推定モデルを導出した。推定したWBGTの精度検証を行ったところ、WBGTの推定誤差はRMSEで3.0°C程度であったが、熱中症予防指針にあるWBGTの温度基準を基にした熱中症警戒レベルマップをある程度精度良く(総合精度60%以上)作成することが可能であった。次に、衛星リモートセンシングデータ及びGISデータから推定した温熱環境指標を用いて温熱環境を評価する際の暑熱障害発生リスクに基づく評価基準を明らかにするため、温熱環境指標と実際の暑熱障害発生件数との関連性を検証した。山梨県における2004年から2012年までの熱中症による救急搬送者データと気象観測データを利用して山梨県における熱中症発生の実態把握を行い、熱中症の発生には気象条件の違いの他に人口構成や主要産業等が影響を及ぼしている可能性があることを明らかにした。また、現在広く利用されている熱中症予防指針における熱中症警戒レベルの温度基準は全国共通であるが、地域毎に熱中症警戒レベルの温度基準が異なる可能性があり、衛星リモートセンシングデータを用いて作成した熱中症警戒レベルマップを有効に活用するためにも、都道府県レベルよりも小さいスケールの地域(市町村レベル)において、各地域の自然的・社会的な特性を考慮した熱中症警戒レベルに関する温度基準を検討する必要があることを示した。空間情報工学、都市環境工学平成25年度は、温熱環境指標の推定モデルを構成する各種変数の分布図を作成し、温熱環境指標の推定モデルを導出する予定であったが、解析対象期間(2007年2012年)を長く設定しすぎたため、各種変数の分布図の作成に時間がかかり、温熱環境指標推定モデルの導出までに至らなかった。平成25年度に終了できなかった、温熱環境指標推定モデルの導出を行う。分布図等の作成時間を短縮するため、解析対象期間を2010年2012年に変更する予定である。

次に、リモートセンシングデータ及びGISデータを用いた温熱環境指標推定モデルから推定した温熱環境指標と暑熱障害発生件数データとの関連性を検証し、暑熱障害発生リスクに基づく評価基準を検討する。このとき、温熱環境指標推定モデルから推定した温熱環境指標と暑熱障害発生件数データとの関連性が最も強くなるように、温熱環境指標推定モデルの変数の組み合わせを変更しながら検証を繰り返す。平成25年度の研究成果から、熱中症の発生には気象条件の違いの他に人口構成や主要産業等が影響を及ぼしている可能性があることが明らかになった事から、気象条件を反映する温熱環境指標と暑熱障害発生件数データとの間には明確な関連性がない可能性も予想される。したがって、新たな変数を導入する等して対処する。なお、解析対象期間を2010年2012年に変更する予定であるが、残りの研究期間を考慮しながら、温熱環境指標推定モデルの導出から暑熱障害発生リスクに基づく評価基準の検討までを一年毎に行い、時間に余裕があれば解析対象期間を広げて行く。最後に、温熱環境指標推定モデルから1時間毎の日本全域の温熱環境指標分布図を作成し、データベースとしてWWW上での公開を目指す。投稿論文別刷料の請求が遅れており、当該年度中に支払いが完了しなかった。購入予定であった書籍を購入しなかった。当該年度に支払いが行われなかった投稿論文別刷料の支払い及び書籍の購入に充てる予定である。
新規高効率ウイルス探索法を用いた人獣共通感染症の疫学調査

本研究は、野生動物の腸管から採集した糞便検体から、ウイルスゲノムを濃縮する方法を確立し、Virome解析を実施し、ヒトから単離されたブファウイルスに相同性を有する新規ブファウイルス(Mpulungu bufavirus)を検出することに成功した。また、解析により得られたブファウイルスのゲノム配列を基にしたnested PCR法を構築し、野生動物由来の536検体を用いて、ブファウイルスの感染状況を検索した結果、ジネズミ類の約1/3(17/49=34.7%)にブファウイルスのゲノムを検出した。本検出系はブファウイルスのスクリーニングに有用であることを明らかにした。本研究は人獣共通感染症に対する対策として、人獣共通感染症の自然宿主を特定し、その予防策を達成するために、医療環境が不備であるため感染症の発生状況が把握されていないザンビア共和国において、昆虫および哺乳類動物を対象とした疫学調査を実施する。さらに、新規高効率ウイルス遺伝子探索法を開発し、疫学調査で得られた検体から、人獣共通感染症の原因となり得るウイルスを探索・同定することを目的としている。平成24年度は交付申請書に記載した実施計画に基づいて、以下の研究を推進した。疫学調査については、石井、大場、澤が11月にザンビア共和国を訪問し、原因不明の感染症が蔓延している南西部のNamwala地域を調査地とした。現地に7日間滞在し、酵母を利用した二酸化炭素発生装置と吸引性の米国製のCDCトラップを組み合わせた採集装置を作成して、蚊を中心とする昆虫を採集すると共に、トラップを利用して齧歯類動物を主体とした哺乳類動物を採集した。今回の疫学調査では、感染症の媒介に関与すると考えられるメスの蚊を213匹、齧歯類動物を65匹採集した。採集した蚊の分類については、ザンビア共和国における蚊の分類が記載されている、The Mosquitoes of Macha, Zambia(2006)という図譜を入手し、さらに、大分大学医学部感染予防医学講座の江下博士の下で実体顕微鏡を用いて、形態学的分類方法を御教授頂いた。分類された蚊は種ごとに分けて、ウイルスの探索に供した。採集した齧歯類動物は、外表の写真を記録すると共に、cytochrome B遺伝子配列を基にして種を同定し、実質臓器を用いてウイルスの探索を実施した。ウイルス遺伝子探索法の開発に関しては、RNAウイルスの複製過程に生じる2本鎖RNAを精製する方法、およびバクテリオファージ由来ポリメラーゼ、およびランダムプライマーを用いて宿主細胞DNAに含まれる微量の環状DNAウイルスのゲノムを効率的に増幅するRolling circle amplification法を試み、ウイルス核酸を効率的に検出する方法を検索した。平成25年度はザンビア共和国において、炭酸ガス発生装置を作成し装備したCDCトラップ、センチネルトラップを用いて、総計2000匹程度のメスの成虫蚊を採集した。採集した蚊はー80°Cで保管し、現地もしくは北海道大学に輸送後に実体顕微鏡下で種鑑別を行い20-40匹のプールを作製した。これらの蚊は今後RNA抽出および細胞接種を行い、ウイルスの検出、同定を試みる予定である。更に平成24年度にナムワラ地域で採集した蚊15プール(213匹)からRNAを抽出しPan-Flavivirusに対するPT-PCRを行った結果、既知のmosquito-specific flavivirusと75%の相同性を持つ遺伝子断片が検出された。蚊抽出液を細胞に接種し、次世代シーケンサー(NGS)にて遺伝子解析を実施した結果、既知のCulex flaviviusであることが判明した。ザンビアにて採集したコウモリ39検体の保有する感染性微生物の網羅的探索を実施した。各臓器の乳剤を細胞に接種し14日後の培養上清からRNAを抽出しその配列をNGSを用いて網羅的に決定した結果、Nairovirus、Adenovirusに相同性の高い配列が検出された。細胞を用いて単離を試み、NairovirusとAdenovirusを分離した。分離したウイルスの全ゲノム配列を再度NGSを用いて決定し、いずれのウイルスも新種であると考えられた。Nairovirusはコウモリからの検出例は報告が無く、本法を用いることで容易に新種のウイルスを発見できることが示された。分離したNairovirusをマウス及びウサギに接種し、感染21日後に血清を調製し、両血清とも抗ウイルス抗体が産生されていることが確認できた。マウス血清はウイルス感染細胞を抗原としたELISAおよび感染細胞の免疫染色において非常に良好な結果が得られた。平成26年度は以下の研究を推進した。ザンビアに生息するトガリネズミ属の動物の糞から核酸を抽出し、次世代シーケンサー(NGS)を用いて得られた塩基配列の中からウイルスゲノムを効率的に選択するアルゴリズムを活用して、893430のリード中の726200以上のウイルスのリードを得、その中から複数の新規のウイルスのコードする塩基配列を検出し、そのゲノムを確認した。

また、ザンビアにおける疫学調査の結果、ザンビアのLeopards Hillに位置する洞窟において採集した種々のウイルスの病原体の自然宿主として重要と考えられている野生コウモリの臓器から乳剤を作成し、細胞に接種してウイルスを増殖させ、その後培養上清から、もしくは臓器から直接にRNAを抽出し、cDNAライブラリーを作成し、NGSを用いて、多数のcDNAの塩基配列を網羅的に探索した。その後web上に存在する既知の配列と比較することにより、ウイルスゲノムの配列の検出を試みた。その結果、ウイルス由来と考えられるcDNA断片の内、30,894リードはナイロウイルス属ウイルスと相同性があることが示された。更に培養細胞から新規ナイロウイルスを単離し、マウスに接種した。その結果、本ウイルスはマウスに致死性の感染症を惹起し、クリミア・コンゴ出血熱ウイルスによるヒト出血熱のと類似した臨床症状・所見を呈した。以上の得られた結果をまとめて英文雑誌に報告した。本研究は人獣共通感染症に対する対策として、人獣共通感染症の自然宿主を特定し、その予防策を達成するために、医療環境が不備であるため感染症の発生状況が把握されていないザンビア共和国において、昆虫及び哺乳類動物を対象とした疫学調査を実施する。さらに、新規高効率ウイルス遺伝子探索法を開発し、疫学調査で得られた検体から、人獣共通感染症の原因となり得るウイルスを探索・同定することを目的としている。平成27年度は以下の研究を推進した。ザンビアにおいて採集した野生動物の検体を用いて、分子生物学的及び血清疫学的調査を実施した結果、ヒトに感染して天然痘様の症状を惹起するモンキーポックス(サル痘)が属するオルソポックスウイルスがげっ歯類動物、トガリネズミ、サルにおいて感染していることを明らかにした。また、野生動由来の検体から効率的に、未知・既知のウイルスゲノムを検出するために、以下の方法を考案した。野生動物の腸管から採集した糞便を溶液に懸濁した後に、フィルターで濾過・濃縮して、各酵素で処理した後に、核酸を抽出し、Ion PGM sequencerを用いて解析を実施した。得られた結果をNCBIデータベースのBLASTNを用いて照合した結果、Ion PGMを用いて取得した約624万リードのデータの内、約89.3万リードが系統分類可能な配列であった。その中で72.6万リード(81.2%)がウイルスゲノム由来、約12.4万リード(14.0%)が細菌のゲノム由来、約23万リード(2.6%)が真核生物由来であることが判明した。さらに、Virome解析により新規のウイルスを検出し、採集地域の名前をとってMpulungu Bufavirus (MpBuV)と命名した。MpBuVはトガリネズミだけではなく、野生のサルにも検出されること、アフリカのBurkina Fasoで2012年に下痢症の幼児から検出され、ヒトの胃腸炎の原因と考えられている、Bufavirusの近縁であることが分子系統解析の結果から明らかになった。本研究は、野生動物の腸管から採集した糞便検体から、ウイルスゲノムを濃縮する方法を確立し、Virome解析を実施し、ヒトから単離されたブファウイルスに相同性を有する新規ブファウイルス(Mpulungu bufavirus)を検出することに成功した。
トランケーション面のウェーヴレット解析

本研究では,機能上重要である複合構造表面の中のトランケーション面におけるトランケート部分とそうでない部分の特徴を詳細に解析する方法としてウェーヴレットを用いた方法について研究している.トランケーション面の特徴は,初期加工面の痕跡を残している深い谷形状部分と,2次加工によりトランケートされた比較的平坦な部分に分けられることである.したがって,この深い谷部分の位置と大きさをウェーヴレット解析によって識別することが可能である.この識別された情報から,残されている谷部の空間分布状態や平均的大きさ,大きさのばらつきなどを算出することが出来る.ウェーヴレット解析は,そのマザーウェーヴレットの形によって結果が異なるため,数種のマザーウェーヴレットによる解析を行い,元の形状とウェーヴレット解析結果の分布形状を比較することにより,トランケーション面に適合するマザーウェーヴレット形状を決定している.トランケーションがゼロから100%まで進展する過程の各状態のデータに適用し,トランケーションの進展過程の評価にウェーヴレット解析が有効であることを検証している.その結果,従来のトランケーション面を複合加工面として捉えず,単一のランダム過程として解析する方法に比べ,トランケーション面の複合構造の中身をパラメータとして理解できることから格段に表現能力が高まったことが確認された.さらに,負荷曲線などから複合構造を解析する方法に比べ,谷形状の大きさやそのばらつき,空間分布状態を評価できることでトランケーション面の機能とその表面構造の研究を行う上で格段に詳細情報を評価出来,今後のこの種の研究を大きく発展させる基礎を築いたといえる.本研究では,機能上重要である複合構造表面の中のトランケーション面におけるトランケート部分とそうでない部分の特徴を詳細に解析する方法としてウェーヴレットを用いた方法について研究している.トランケーション面の特徴は,初期加工面の痕跡を残している深い谷形状部分と,2次加工によりトランケートされた比較的平坦な部分に分けられることである.したがって,この深い谷部分の位置と大きさをウェーヴレット解析によって識別することが可能である.この識別された情報から,残されている谷部の空間分布状態や平均的大きさ,大きさのばらつきなどを算出することが出来る.ウェーヴレット解析は,そのマザーウェーヴレットの形によって結果が異なるため,数種のマザーウェーヴレットによる解析を行い,元の形状とウェーヴレット解析結果の分布形状を比較することにより,トランケーション面に適合するマザーウェーヴレット形状を決定している.トランケーションがゼロから100%まで進展する過程の各状態のデータに適用し,トランケーションの進展過程の評価にウェーヴレット解析が有効であることを検証している.その結果,従来のトランケーション面を複合加工面として捉えず,単一のランダム過程として解析する方法に比べ,トランケーション面の複合構造の中身をパラメータとして理解できることから格段に表現能力が高まったことが確認された.さらに,負荷曲線などから複合構造を解析する方法に比べ,谷形状の大きさやそのばらつき,空間分布状態を評価できることでトランケーション面の機能とその表面構造の研究を行う上で格段に詳細情報を評価出来,今後のこの種の研究を大きく発展させる基礎を築いたといえる.本研究では,機能上重要である複合構造表面の中のトランケーション面におけるトランケート部分とそうでない部分の特徴を詳細に解析する方法としてウェーヴレットを用いた方法について研究している.トランケーション面の特徴は,初期加工面の痕跡を残している深い谷形状部分と,2次加工によりトランケートされた比較的平坦な部分に分けられることである.したがって,この深い谷部分の位置と大きさをウェーヴレット解析によって個々に識別することが可能である.次に,この識別された情報から,残されている谷部の空間分布状態や平均的大きさ,大きさのばらつきなどを算出することが出来る.ウェーヴレット解析は,そのマザーウェーヴレットの形によって結果が異なるため,数種のマザーウェーヴレットによる解析を行い,元の形状とウェーヴレット解析結果の逆解析による評価形状との差を定量的に求めることにより,トランケーション面に適合するマザーウェーヴレット形状を決定している.以上の基本的解析を,トランケーションがゼロから100%まで進展する過程の各状態の測定データに適用し,トランケーションの進展過程の評価にウェーヴレット解析が有効であることを検証している.その結果,従来のトランケーション面を複合加工面として捉えず,単一のランダム過程として解析する方法に比べ,トランケーション面の複合構造の中身をパラメータとして理解できることから格段に表現能力が高まったことが確認された.さらに,負荷曲線などから複合構造を解析する方法に比べ,谷形状の大きさやそのばらつき,空間分布状態を評価できることでトランケーション面の機能とその表面構造の研究を行う上で格段に詳細情報をパラメータ化出来たことが今後のこの種の研究を大きく発展させる基礎を築いたといえる.本研究では・機能上重要である複合構造表面の中のトランケーション面におけるトランケート部分とそうでない部分の特徴を詳細に解析する方法としてウェーヴレットを用いた方法について研究している.トランケーション面の特徴は,初期加工面の痕跡を残している深い谷形状部分と,2次加工によりトランケートされた比較的平坦な部分に分けられることである.したがって,この深い谷部分の位置と大きさをウェーヴレット解析によって識別することが可能である.この識別された情報から,残されている谷部の空間分布状態や平均的大きさ,大きさのばらつきなどを算出することが出来る.ウェーヴレット解析は,そのマザーウェーヴレットの形によって結果が異なるため,数種のマザーウェーヴレットによる解析を行い,元の形状とウェーヴレット解析結果の分布形状を比較することにより,トランケーション面に適合するマザーウェーヴレット形状を決定している.

トランケーションがゼロから100%まで進展する輝程の各状態のデータに適用し,トランケーションの進展過程の評価にウェーヴレット解析が有効であることを検証している.その結果,従来のトランケーション面を複合加工面として捉えず,単一のランダム過程として解析する方法に比べ,トランケーション面の複合構造の中身をパラメータとして理解できることから格段に表現能力が高まったことが確認された.さらに,負荷曲線などから複合構造を解析する方法に比べ,谷形状の大きさやそのばらつき,空間分布状態を評価できることでトランケーション面の機能とその表面構造の研究を行う上で格段に詳細情報を評価出来,今後のこの種の研究を大きく発展させる基礎を築いたといえる.
19世紀スイス・シャレー建築の理想イメージの変遷と国内外受容文化史の構築

本研究に直結した学会発表では、まず6月にジェノヴァ大学での学会「La citta' multietnica nel mondo mediterraneo. Storia, cultura, patrimonio(地中海の多国籍都市ー歴史・文化・遺産)」で、「Segni dell'identita' nazionale dei diversi paesi nelle strutturericettive in Italia. Il caso deglialberghi fondatidagliimmigrati svizzeri(イタリアのホテルにみる各国のアイデンティティースイス移民が創業したホテルの例)」という題で発表(Bruno Mondadori社から2019年刊行予定)。この中で、19-20世紀イタリアで開業したスイス系ホテルには、外観にシャレ風の要素を反映させたものが少数存在していたこと、「小さなスイス」と呼ばれる一部の山地でも木造シャレ風ホテルがあったことを述べた。中間研究発表に相当する論文と学会については、さきの「研究実績の概要」で述べたので、ここでは現在までに現地踏査したスイス・シャレ風建築(1920世紀初頭)を列挙する。国内では、文京区の岩崎邸の離れ、名古屋の聴松閣、芦屋の右近権左衛門邸の倉庫、京都の大山崎山荘と茶室、十和田ホテル。イタリアでは、ナポリのVillaLucia、Villa Cimmino、ソレントのVilla Favorita、イスキア島カサミッチョラの木製装飾破風付き建築群、チニゼッロ・バルサモのVilla Ghirlanda-Silva、ローマのVilla Mazzanti、Villa Doria Pamphilj、Villa Torlonia、フィレンツェのViale Machiavelli、これらの一部の事例は丘陵部にあり、「山」をイメージした立地と関係があると推測できる。イギリスでは、ロンドンのSwiss Cottage、ロチェスターのSwiss Chalet。ドイツでは、ドレスデン(Caecilienstrasse、Grundstrasse、Bautzner Landstrasse)、ポツダム、ベルリン、プファウエンインゼルのSchweizerhaus、マグデブルクのスイスミルク小屋とHerrenkrug Parkhotel)。スイスでは、大都市(チューリヒとベルン)の高級住宅街に折衷的なシャレ建築が散見されるのを確認。スイス最大の民家園「バレンベルク野外博物館」に移築された装飾的シャレ、シャレ建築の多いブリエンツ、ギースバッハのホテル、そして、シャレ建築が少ないエンガディン地方(マローヤ、サン・モリッツ)の状況も調べたところ、芸術家またはブルジョワ層向け住宅を中心にシャレが好まれるのが分かった。以上、予想外の発見もでき、現存しないものについては、当時の写真や文書資料を現地の図書館で収集した。18世紀後半、最も早くから「スイス風の小屋」の建築の流行が起こった英語圏(初期は外来仏語シャレchaletではなくコテージcottageと呼ばれた)では、スイスやチロルにある「本格的(オーセンティック)な」シャレとは似ても似つかぬもの、単に天然木の不規則性を生かした藁葺と木組みの「素朴な田舎家・農村建築Rural Architecture」が、しばしばSwiss Cottageと命名され、貴族の庭園の一角に建てられることが多かった。本年度は、シャレと似ても似つかぬのに「スイスの」と呼ばれた「田舎家」に焦点をあてた調査を行いたい。その事例の確認として、アイルランドのCahirとダブリン郊外SantryにあるSwiss Cottageの踏査を6月に行う。一方「スイスにあるものと同等レベルの」シャレがイギリスに実現した最も重要な事例は、ワイト島のヴィクトリア女王の離宮オズボーンハウス内のSwiss Cottageであるので、その踏査もなるべく本研究年度内に行いたい。さらに19世紀のヨーロッパ各地で普及していったシャレ建築は、じつはスイスに範をとったものだけではなく、チロルやオーストリア、南ドイツのものとも混同されながら波及しているようなので、チロル周辺域のシャレ建築にも研究範囲を広げられることも目標とする。そのため8月末に、南独バイエルン州の町オーバーアマガウとコーブルク近郊ローゼナウ(コーブルクはヴィクトリア女王の夫アルバート公の故郷であるため、オズボーンハウスのSwiss Cottageの元ネタとなったSchweizereiがある)のシャレを見学する予定である。イタリアでは、ナポリのVillaLucia、Villa Cimmino、ソレントのVilla Favorita、イスキア島カサミッチョラの木製装飾

破風付き建築群、チニゼッロ・バルサモのVilla Ghirlanda-Silva、ローマのVilla Mazzanti、Villa Doria Pamphilj、Villa Torlonia、フィレンツェのViale Machiavelli、これらの一部の事例は丘陵部にあり、「山」をイメージした立地と関係があると推測できる。イギリスでは、ロンドンのSwiss Cottage、ロチェスターのSwiss Chalet。ドイツでは、ドレスデン(Caecilienstrasse、Grundstrasse、Bautzner Landstrasse)、ポツダム、ベルリン、プファウエンインゼルのSchweizerhaus、マグデブルクのスイスミルク小屋とHerrenkrug Parkhotel)。スイスでは、大都市(チューリヒとベルン)の高級住宅街に折衷的なシャレ建築が散見されるのを確認。スイス最大の民家園「バレンベルク野外博物館」に移築された装飾的シャレ、シャレ建築の多いブリエンツ、ギースバッハのホテル、そして、シャレ建築が少ないエンガディン地方(マローヤ、サン・モリッツ)の状況も調べたところ、芸術家またはブルジョワ層向け住宅を中心にシャレが好まれるのが分かった。以上、予想外の発見もでき、現存しないものについては、当時の写真や文書資料を現地の図書館で収集した。18世紀後半、最も早くから「スイス風の小屋」の建築の流行が起こった英語圏(初期は外来仏語シャレchaletではなくコテージcottageと呼ばれた)では、スイスやチロルにある「本格的(オーセンティック)な」シャレとは似ても似つかぬもの、単に天然木の不規則性を生かした藁葺と木組みの「素朴な田舎家・農村建築Rural Architecture」が、しばしばSwiss Cottageと命名され、貴族の庭園の一角に建てられることが多かった。本年度は、シャレと似ても似つかぬのに「スイスの」と呼ばれた「田舎家」に焦点をあてた調査を行いたい。その事例の確認として、アイルランドのCahirとダブリン郊外SantryにあるSwiss Cottageの踏査を6月に行う。一方「スイスにあるものと同等レベルの」シャレがイギリスに実現した最も重要な事例は、ワイト島のヴィクトリア女王の離宮オズボーンハウス内のSwiss Cottageであるので、その踏査もなるべく本研究年度内に行いたい。さらに19世紀のヨーロッパ各地で普及していったシャレ建築は、じつはスイスに範をとったものだけではなく、チロルやオーストリア、南ドイツのものとも混同されながら波及しているようなので、チロル周辺域のシャレ建築にも研究範囲を広げられることも目標とする。
逆境にある子どものレジリエンスを育てる場としての「放課後児童クラブ」の改善策

本研究の目的は、貧困や被虐待経験など、逆境的でリスクのある生活をおくる子どもの「レジリエンス」を育てる場のひとつとして「放課後児童クラブ」に注目し、クラブにおける子どもの生活を数量的・質的な方法によって縦断的にとらえること、そして、研究者と現場指導員とのカンファレンスやワークショップを媒介とした協働をすすめながら、当該クラブにおける実践の質を高めることであった。平成30年度は、いくつかの放課後児童クラブで、月に1ー2度程度、継続的に参与観察を行うとともに、指導員へのインタビューを行ったり、意見交換をとおして実践の改善をはかるための戦略を協働で模索してきた。指導員との継続的な情報交換などを通して、これまでの指導員の取り組みを承認しつつ、研究者としてフィードバックをおこなった。本研究の成功には、調査と並行してレジリエンスを高める環境づくりのための方法論の構築をおこなう必要があった。そこで、(1)筆者がレジリエンスのモデルとして参照するMichael Ungarの諸研究を概観しつつ、(2)ニューヨークで貧困地区や黒人の支援を行ってきたLois Holtzmanのソーシャルセラピーの視察を行った。また、その日本における適用版であるJapan All starとも、活動の情報交換をおこなった。これらによって、放課後児童クラブにおける研究者の役割についても考察を深めた。現状、逆境をかかえる子どもがクラブにおいて落ち着き、活動に主体的に参画することは、クラブの指導員が既存のルールやノウハウを現場に適用していくことを通してといよりも、それを一旦脇におき、何らかの素材を子どもに提示しつつ、それが子どもによって意味づけなおされ、新たな活動につながることをみながら、それを支援者が独自に意味づけなおすことが重要であることがうかがわれている。本研究ではまず学童期にある子どもがクラブにおいてどのように過ごしているのかをみる必要がある。調査者自身がクラブに参与しながらの観察を行うため、初年度は、職員のみならず児童との信頼関係を構築しつつ参与観察をおこなっていくことに時間を費やした。当初、質問紙による大規模な数量的調査の実施も計画したが、妥当性の高い質問紙の構成に時間がかかり、また、どのクラブにおいても職員は多忙であるため、研究協力を依頼することに難航しており、遅れている状況にある。H31(R元)年度は、研究協力者へのアクセスについて、他の放課後児童クラブへも随時依頼をおこない、多くの放課後児童クラブにおいて、逆境にある子どものレジリエンスを構築するための環境設定のあり方、職員の働きかけのあり方などについて観察、インタビューをすすめていく。また、子どもがクラブをどのようにとらえているのかについての調査もあわせて計画していく。本年度計画していた研究協力施設および研究協力者への研究依頼や、本調査が実施に至らなかったため、当初の計画よりも調査資料の整理・入力にかかる謝金が少なくなったことや、購入予定であった備品の納入が諸事情から遅れたために次年度使用額が生じた。今年度については、新たな研究協力クラブでの調査実施後に必要となるデータ整理にかかる謝金が増額する見込みである。
溶融塩電解による高純度ホウ素を単離する方法の開発

高純度ホウ素は、半導体産業におけるドーパント材等として重要な原料であるが、現在は引火性や爆発性が高いジボラン(B2H6)を経由する方法で作製されており、より安全で安価な製造プロセスが求められている。本研究では、B2O3を原料とした溶融塩電解による単体ホウ素の合成を試みる。ただ、溶融塩中でのホウ素の挙動には未解明な点が多いことから、まずは、酸化物還元の研究例が多い塩化物浴を中心にB2O3の溶解挙動を解明する。次に、ホウ素イオンの電気化学還元挙動の解明、熱力学計算による妥当性評価および熱力学量推測を行う。これらの研究により、より安全な高純度ホウ素の新規製造プロセスの確立を行う。
ナノファイバートラップ中の個数制御された原子・分子を用いた少数多体系物理の研究

前年度に引き続き、ナノファイバートラップを用いた実験を行った。とりわけ、課題であった少数多体系物理の探求に向けて、複数の実験装置を協調動作させる必要から、今年度の大きな部分を複数の装置開発およびそれらの協調動作に向けた新規システムの開発にあてた。ナノファイバートラップに関する実験技術も、従来の光トラップに比べ開発されて日も浅い中で、様々な工夫を追加しこれまでよりも多くの原子をトラップ、光と相互作用させることに成功した。さらに、十分高性能なナノファイバーを超高真空槽内に設置し、先のナノファイバートラップと組み合わせる最先端の装置を2台作製した。それぞれのナノファイバートラップとファイバーブラッググレーティングと呼ばれる光ファイバーに直接埋め込まれたミラーを組み合わせ、光共振器を構成、それらとレーザー冷却システムを統合し、原子と共振器中の電磁場との結合を評価した。その結果として作製した2台ともで原子と共振器が結合している様子を観測した。これらの新規立ち上げした装置で今後の実験に耐えうる性能を確認した点は将来の発展を考えても大変重要な成果といえる。また、本研究のように複数台の独立したレーザー冷却システムを協調動作させる実験は世界的に見てもあまり例がなく、それらを踏まえても開発段階として十分な成果をあげられたと判断している。さらにそれらに加え、旧来の装置でのイッテルビウム原子の特性を活かした成果に関する論文も受理され、今後の発展的な実験に向けて着実に成果を上げたと言える。28年度が最終年度であるため、記入しない。光の波長程度まで細く引き伸ばされた光ファイバーの先端をレンズ状に加工すると、光ファイバーを伝搬してきた光は端からファイバー外へ出射する際にレンズ部で集光されファイバー端近傍に焦点を結ぶ。その性質を利用して、レーザー冷却されたセシウム(以下、Cs)原子をファイバー端近傍に焦点を結ぶレーザー光によって光トラップする実験を行った。結果の詳細な検討からCs原子をファイバー先端に光トラップすることに成功していることがわかったが、トラップ中に原子が滞在する時間はかなり短く、またトラップに成功する確率もかなり低いことがわかった。その原因は作製したファイバーレンズが原子からの蛍光収集に最適化した設計であったためで、トラップに最適な形状を検討する必要があることがわかった。これらの検討と並行して、光ファイバーを「細く引き伸ばす」工程に関しても詳細な検討を行った。今回その工程に数値最適化を施すことで波長以下の太さ(直径400 nm)の領域が均一に1 mm程度続く形状の実現に成功した。このような波長程度のコアを持った導波路ではコア部からエバネッセント場として光が染み出し、ファイバー側面近傍の原子と相互作用することが可能になる。このように作製したテーパー型の高透過率光ファイバーにファイバーブラッググレーティングミラーと呼ばれるファイバー内に形成されたミラーを組み合わせて光共振器を作製し、共振器内の光とCs原子が強く相互作用する振る舞いの観測に成功した。通常の単一モード光ファイバーの一部を光の波長程度まで細く加工した、ナノ光ファイバーはそこを伝搬する光がファイバー外にエバネッセント場として染み出すため、周辺の原子・分子と伝搬する光との間のインターフェイスとして利用できる。我々はそのナノ光ファイバーの作製技術を向上させることで、一般的な光ファイバー(径125マイクロメートル)から径が400ナノメートルまで変化し、また元に戻る形状で、その透過率が99%を超える非常に高品質なナノ光ファイバーを作製することに成功した。そのナノ光ファイバーとレーザー冷却された原子を組み合わせた量子光学的実験を行った。特に、400ナノメートルまで細く加工されたナノ光ファイバーを伝搬する光はそのエネルギーがファイバー近傍に集中するため、周辺原子と強く相互作用する。その性質を利用して、アルカリ金属原子のもつエネルギー準位を巧みに利用した電磁誘起透明化現象の測定を行った。通常行われるこういった実験において必要とされる光パワーはミリワット程度であるが、我々の実験ではナノ光ファイバー中を伝搬する光を用いることでピコワット程度という極微弱光で非線形現象である電磁誘起透明化の観測に成功した。さらに光共振器を併用する実験のための準備も並行して行い、次年度はより発展的な実験を行う予定である。ナノ光ファイバー作製技術が想定以上に向上し、光共振器と組み合わせる等の極めて発展的な実験が視野に入ってきた。とりわけ昨年度末に実現した光共振器とトラップされた単一原子との間の強結合の実現はそれの端的な例であるが、それからさらに今年度性能の向上を実現し、これまで実現されてこなかった、連結共振器電気力学系の実現など非常に野心的な研究のめどがたった。実際、その性能向上を利用した電磁誘起透明化現象の観測といった実験結果も生み出され、次年度に向けて順調な進展をみせている。

それぞれのナノファイバートラップとファイバーブラッググレーティングと呼ばれる光ファイバーに直接埋め込まれたミラーを組み合わせ、光共振器を構成、それらとレーザー冷却システムを統合し、原子と共振器中の電磁場との結合を評価した。その結果として作製した2台ともで原子と共振器が結合している様子を観測した。これらの新規立ち上げした装置で今後の実験に耐えうる性能を確認した点は将来の発展を考えても大変重要な成果といえる。また、本研究のように複数台の独立したレーザー冷却システムを協調動作させる実験は世界的に見てもあまり例がなく、それらを踏まえても開発段階として十分な成果をあげられたと判断している。さらにそれらに加え、旧来の装置でのイッテルビウム原子の特性を活かした成果に関する論文も受理され、今後の発展的な実験に向けて着実に成果を上げたと言える。レンズファイバーを用いた実験では原子の光トラップに成功し、今後はその最適化を行う段階に達した。これは当初計画に沿った進展である。今年度はそれに加え、高透過率のテーパー型光ファイバーを用いた光共振器内の光と近傍にトラップされたCs原子の強い相互作用の観測にも測定した。この系は共振器量子電磁力学を考える上で非常に魅力的な実験系で、光ファイバーを介した低損失な光伝搬を用いたより高度な量子状態制御実験を可能にする。ナノ光ファイバーの性能向上と装置全体の最適化が今年度十分に進展したため、次年度はこれらを用いてより規模の大きい実験を行う予定である。特に、装置単体で行う基礎科学的な量子光学的実験に加え、複数の装置を光ファイバーで連結することによる極めて野心的な応用実験も視野に入ってきており、それらの実験を進める予定である。28年度が最終年度であるため、記入しない。レンズファイバーを用いた実験ではより原子トラップに最適なレンズ形状の探索とその実験的な検証を行う予定である。高透過率テーパーファイバを用いた光共振器の実験では、より共振器内ロスの小さな光共振器を準備することで、より効率の良い量子状態制御の実験を行う予定である。さらに、同様な実験装置を複数台用意し、結合する形の実験も行う予定である。
溶融合金‐アルミナ界面を利用したAlN結晶成長の試み

窒化アルミニウム(AlN)はパワーデバイス用のヒートシンク材料などへの活用が期待される機能性セラミックスであるが、高融点でかつ昇華性を有するAlN結晶を製造する手法は未だ確立されていない。一方、鉄鋼精錬プロセスでは、Alを含む鋼を窒素中で凝固させるとAlNが鉄中で結晶成長し、介在物となることが知られている。この現象について、本研究では固体アルミナ(Al2O3)と溶鉄の間には高い界面自由エネルギーが生じ、その界面自由エネルギーを下げようとして、AlNの結晶成長が生じているものと考えた。そこで、溶鉄-固体アルミナ間の高い界面自由エネルギーを利用して、両相の間にAlN結晶を成長させることを試みた。パワー半導体をはじめとする次世代の機能性材料としてAlNが注目されているが、その結晶成長について1500°C程度の温度で良好な結晶を成長させるための検討を行った。原理は溶鉄とアルミナの濡れ性が非常に悪く、その界面自由エネルギーが非常に高いため、溶鉄中に窒素を導入することにより、溶鉄-アルミナ界面にその界面自由エネルギーを低下させるために優先的にAlNが生成・成長することを考慮したものである。AlNは溶鉄、ならびにアルミナとも付着性が良いため、両者の界面に優先的に生成すると考えている。この原理を利用して、溶鉄-アルミナ界面にAlNを生成させる装置を2種類作製した。一つは溶鉄中にアルミナ基板を浸漬させ、その界面に窒素ガスを供給するもので、他方は、アルミナ基板上に溶鉄の液滴を設置し、静滴法の手法に準じてその接触角を測定し、かつ雰囲気ガスを制御するものである。特に前者の方法では、界面に多数のAlNの針状結晶が生成することを確認できた。また後者の実験においては、アルミナ基板上の溶鉄液滴の接触角が窒素雰囲気下では低下し、界面にAlNが生成したことを示唆する結果が得られた。ただし、AlNの結晶が小さく、またアルミナと区別するためには酸素と窒素を区別することがEDXなどの手法では難しいため、得られた結晶がAlNであることを確証するための結晶解析は次年度の課題である。以上のように、溶鉄とアルミナの界面自由エネルギーを低下させるためにその界面にAlNが生成することを提案し、その考えに基づいてAlN結晶を生成させる装置の試作ならびに手法を確立できたことは当初の計画通りである。また、後者の実験において単結晶アルミナを利用し、面方位を制御した実験も当初計画通りに進めている。本研究では、将来の新素材の一つとして有望視されているAlN結晶を溶鉄の融点以下の温度において結晶成長させることを溶鉄と固体アルミナ(Al2O3)の界面物性を利用して達成することを試みた研究である。溶鉄-固体アルミナ間の界面自由エネルギーは他の固体酸化物・窒化物に比べて非常に大きく、同界面自由エネルギーを低下させるように様々な緩和現象が生じることが予想される。その際、溶鉄-AlN間の界面自由エネルギーは溶鉄-Al2O3間の界面自由エネルギーに比べて小さいため、溶鉄に窒素が含まれる際には、溶鉄-Al2O3間の界面に優先的にAlNが生成する可能性がある。本研究ではこの点に着目し、AlN結晶の成長とその同定を進めてきた。具体的には、溶融Fe-Al合金中に固体Al2O3基板を浸漬させ、種々の窒素ガスを供給することによって溶融鉄合金-固体Al2O3界面にAlN結晶を生成させることを試みた。この反応は溶鉄を炭素飽和とすることによってAlの活動を増加させAlNの生成を加速することができると同時に、合金の液相線温度が1200°C程度にまで低下できるので現状の気相法に比べて非常に低温でAlN結晶を成長させること方法であることを見出した。得られた結晶は1ミクロン程度の径の針状結晶であり、多数の針状結晶を作製することができた点も大きな成果である。平成26年度は特に前年度に得られたAlN結晶の同定作業を中心に研究活動を進めた。顕微ラマン分光等の手法を導入した結果、得られた結晶はAlNであることを確定できた。またAlNが溶鉄-固体Al2O3界面に生成した際、溶鉄の固体Al2O3に対する接触角が低下する現象の観察にも成功し、高温界面物性に関する新たな知見を得ることができた。界面制御工学上述の通り、溶鉄とアルミナの界面自由エネルギーを低下させるためにその界面にAlNが生成することを提案し、その考えに基づいてAlN結晶を生成させる装置の試作ならびに手法を確立できたことは当初の計画通りである。当初計画の通り、下記の4つの項目について実験を行う計画である。(1)

炭素飽和溶融Fe-Al合金の窒化物生成条件の確認、(2)炭素飽和溶融Fe-Al合金と固体アルミナ単結晶を利用したAlN結晶成長の試み、(3)Alを溶解させた種々の溶融金属と固体アルミナ単結晶を利用したAlN結晶成長の試み、(4)AlNの結晶性状の調査。また、上述のようにAlNの結晶が小さく、またアルミナと区別するためには酸素と窒素を区別することがEDXなどの手法では難しいため、得られた結晶がAlNであることを確証するための結晶解析をラマン分光法などを用いて行う計画である。溶鉄-アルミナ界面にAlNを生成させる装置を作製したが、安定したAlN生成条件の確立のためには厳密な雰囲気制御などの装置改良が必要となるため。今年度に作製した、溶鉄-アルミナ界面にAlNを生成させる装置について、厳密な雰囲気制御を行うための装置改良ならびに消耗品、およびAlN結晶を生成させる基板材料である単結晶アルミナの導入に用いる計画である。
電気化学界面計測に利用可能なプラズモニック結晶型基板の開発

本研究では、数十年に亘って未解明なままである燃料電池電極表面で起こる反応機構を明らかにするため、表面に生じる反応中間体の濃度を高速で追跡することが可能な分光計測ツールを開発することを目的としている。そのため、高感度・高速で、かつ表面構造が規定された反応場で利用できる必要がある。今年度は、分子検出に用いる分光信号を増強するために、試料電極表面にマイクロメートルスケールの凹みを形成することで高感度化が可能であることを実証した。本研究では、表面増強ラマン散乱(SEES)分光を用いて、金や銀等のsp金属だけではなく、白金等のd金属電極表面の現象を追跡する分光ツールを開発することを検討している。従来の電気化学SEES研究では、(1)伝統的なSERS活性基板の調製は金・銀などの電極における表面ラフネスの増大によるホットスポットの発現に基づいており、再現性に乏しく、特定の部位からの信号が優勢である点、そして(2)近年発展が目覚ましい金属ナノ粒子に基づくSEES活性基板もまた、粒子間に生じるホットスポットの発現に依存しており、表面構造規制と電位印加時の安定化が難しい点が問題となる。そこで、我々は、マイクロメートルオーダーの表面構造そのものにプラズモン電場の増強機構を賦与したプラズモニック結晶基板に着目し、その表面を電極として、in situ分光電気化学計測に利用することを試みた。現在検討を進めている逆ピラミッド型プラズモニック結晶構造では、光の波長程度の深い逆ピラミッドピットに励起光を照射すると、ピット内の壁面に沿って表面プラズモンポラリトン(SPP)が誘起される一方、閉じこめ効果により特定の波長で定在波が形成されるため、対応する波長の光に対して電場が飛躍的に増大し、SERS活性となる。現時点では、この構造に金を蒸着して調製した基板について、金表面が(111)配向で平坦であっても、十分なSERS活性を有すること、-SEES活性が発現する波長領域仁は、SPP定在波に基づく周期的な光吸収が認められること、そして電気化学環境下においても十分SERS計測が可能であることを確認している。現在、伺構造に基づくSERS活性Pt基板の開発と同時に、上記のSERS活性Au基板に数原子層のPtやPdを膜厚制御しながら積層させる研究を実施している。
多機能融合・省電力エレクトロニクスのためのSn系Ⅳ族半導体の工学基盤構築

本研究では、光電融合多機能デバイスや次世代トランジスタ構築に向けたSn系IV族混晶薄膜の結晶成長、光電子物性制御技術に関する研究開発を進めた。本年度得られた主な成果を挙げる。(1)SiGeSn/GeSn/SiGeSn二重ヘテロ構造のフォトルミネッセンス特性を詳細解析し、バンド構造、歪緩和や結晶物性が発光効率に及ぼす影響を詳細に解明した。(2)低温in-situ Sbドーピングによって形成した高濃度n型Ge(あるいはGeSn)エピタキシャル層上にNiGe(NiGeSn)による金属/Ge(GeSn)接合を作製し、1E-9Ω/cm2の超低コンタクト抵抗率を実証した。(3)絶縁膜上の多結晶n型およびp型GeSnの熱電特性を解明し、n型GeSnの室温特性において9.2μW/cmK2の優れたパワーファクタを実証した。さらにGeSnを用いた熱電変換素子を試作し、その熱電変換特性を明らかにした。(4)tetrakis-dimethylamino-tin(TDMASn)新規原料を用いたGeSnの有機原料化学気相成長法を実施し、従来原料に比べて、Ge原料との高い反応性とSn成長速度の増加を見出し、260°Cの低温成長におけるSn組成5%のGeSnエピタキシャル層形成を実証した。また、Sn組成向上に向けた原料探索指針を構築した。(5)貼り合わせGeOI基板の高品質化を進めると共に、GeOI基板上の各種導波路デバイスの実証を進め、リング共振器、熱光学位相シフタ、受光器等の動作実証に成功した。また、MOS構造やグラフェンを組み合わせた新しい光変調器を提唱した。(6)電子回折法を用いたナノ領域の歪み分布解析法の開発を行い、擬似FinFET構造およびナノワイヤ中の歪み分布の可視化、ヘテロ界面、積層欠陥および転位近傍の3次元歪み場の観察に成功した。また電子顕微鏡試料の薄片化の影響を抑えるための指針を与えた。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、省電力デバイスとして注目されるトンネルFETや光電融合多機能デバイスに向けたSn系IV族混晶の結晶成長技術およびエネルギーバンド構造制御技術の開発を行っている。本年度に得られた主要な成果を以下に挙げる。(1)分子線エピタキシー(MBE)成長時における分子状あるいは原子状水素供給によって、GeSn層の結晶性を改善できることを実証した。特に原子状水素供給によって、GeSn層のX線回折プロファイルの散漫散乱が最も小さくなり、表面平坦性も大きく向上することを見出した。(2)硬X線光電子分光法および分光エリプソメトリー法を用いて、GeSiSn/Geヘテロ接合構造におけるエネルギーバンド構造を明らかにした。SiおよびSn組成の増加によって、価電子帯端および伝導帯端双方に適切なエネルギーバンドオフセットを有するタイプI型のバンド構造を形成できることを実証した。(3)有機金属原料を用いた化学気相成長法によって形成したGeO2絶縁膜は、従来の熱酸化により作製したGeO2絶縁膜よりも、化学的に安定な構造を含んでおり、水や他の化学原料への暴露に対する耐性が高く、high-k/Ge構造における界面中間層として期待できることが示された。(4)ナノビーム電子回折をもちいてGeSn/Geフィン構造の断面試料を作製し、[110]方向(フィンを横切る方向)および[001]方向(基板垂直方向)の歪み分布を計測した。その結果、[110]方向には約0.7%の圧縮歪みが印加され、[001]方向には約0.8%の引っ張り歪みが印加されていることが判明した。(5)ウェハボンディングによりGe基板を熱酸化Si基板に貼り合せた後、スマートカット手法によりGe基板を剥離することで、Ge-on-Insulator(GOI)基板の作製に成功した。Ge層の残留キャリアは1E16cm-3以下、900cm2/Vs以上のキャリア移動度を達成した。本研究では、トンネルFETや光電融合多機能デバイスに向けたSn系IV族混晶の結晶成長技術およびバンド構造制御技術を開発している。本年度に得られた主な成果を以下に挙げる。(1)原子状水素供給分子線エピタキシー(MBE)法によりGeSn層の結晶性を改善した結果、正孔生成の原因となる浅い欠陥準位を室温において5E17/cm3まで低減できた。(2) Sbサーファクタント効果を活用した低温in-situドーピングMBE法によって、均一平坦かつ1.4E20/cm3に達する高電子濃度を有するSn組成6%のGeSnエピタキシャル層の形成を達成した。(3)有機原料化学気相成長(MOCVD)法を用いて、Sn組成5%に達するGeSnエピタキシャル層の形成に成功した。また、同手法によりGe細線構造へのGeSn形成を行い、一軸圧縮歪Geの形成を実証した。(4)電子線ロッキングカーブプロファイルによる材料中に分布する非一様格子歪の解析手法の開発を進め、GeSn/Geヘテロ界面近傍の湾曲歪を含む3次元歪分布を決定した。(5)有機原料原子層堆積法によって300°C以下の低温でGeO2膜を形成し、Ge MOSキャパシタを作製した。

Ge中の深い欠陥準位密度を評価した結果、GeO2堆積温度と伴に欠陥準位密度の増加が見出され、堆積温度200°Cの欠陥密度は、300°Cの場合の10分の1となった。これらの結果から、Ge基板中の深い欠陥密度の低減に向けた低温プロセスの重要性を実証できた。(6)ウェハボンディングとスマートカットにより作製したGe-on-Insulator (GeOI)基板のアニール条件の最適化によって、2000 cm2/Vs以上のキャリア移動を実現した。またGeOI基板上にGe細線導波路を作製し、波長2μmの中赤外光での導波路を初めて確認した。GeSnを活用した電子デバイス、光電子デバイスの実現に向けて、これまでにMBEおよびMOCVD法による高Sn組成GeSnエピタキシャル層の各種形成技術、ドーピングやゲートスタック構造などの電子物性および界面物性の制御技術、プロセス技術の開発が順調に推進されてきた。GeSnエピタキシャル層中の欠陥構造の解明を進めるとともに、その欠陥およびキャリア物性の制御技術が開発された。また、ゲートスタック構造、ソース/ドレイン構造、金属/GeSn構造などのデバイス製造に不可欠な欠陥物性や電気特性の制御技術も構築されてきた。GeSn/Geヘテロ構造における結晶物性評価に関して、これまでのナノビーム電子回折法では2次元的な歪み分布しか得られなかったが、ロッキングカーブの分析により電子線入射方向に沿った非一様歪み分布も含めた3次元的な歪み分布まで解析可能となり、微細構造の分析技術構築が概ね順調に進展している。また、極めて高品質のGeOI基板の作製手法をほぼ確立しており、順調に計画は推移している。これによりGe素子を作製可能になりつつあり、今後GeSnを組み合わせた素子作製を通じて、電子特性および光学特性評価が可能になりつつある。本研究では、トンネルFETや光電融合多機能デバイスに向けたSn系IV族混晶の結晶成長技術およびバンド構造制御技術を開発している。本年度に得られた主な成果を以下に挙げる。(1)昨年度に続き、有機金属原料化学気相成長(MOCVD)法を用いたGeSn薄膜の形成技術を開発した。GeSnの選択的成長技術を実証し、各プリカーサが選択成長機構に及ぼす影響を解明した。また、新規の燐(P)プリカーサを活用したin-situ PドーピングGeSn層成長技術を開発し、1E19/cm3の高電子濃度を有するGeSnエピタキシャル層(Sn組成1.7%)の形成を実証した。(2) FinFET構造を模したGeSn/Ge細線をMOCVD法により作製し、ナノビーム電子回折によって細線中の局所歪み分布を測定した。その結果、MBE法で作製した同構造の試料よりも効率的な大きな歪みの印加を実証できた。(3)新しいSiSn混晶半導体薄膜の形成に挑戦し、Si中のSnの熱平衡固溶限界(0.1%)を大きく超える40%の高Sn組成SiSnエピタキシャル層形成を示唆する結果を得た。Sn組成の向上には基板格子定数制御とSn析出を生じさせない低温成長が要点であることを実証した。(4) Ge系有機原料MOCVD法によって300°C以下のGeO2膜低温堆積により作製したGeO2/GeSn MOSキャパシタにおいてSn析出を抑制しながら1E11/eV-cm2台の低い界面準位密度を実現し、GeSnトランジスタ実現に必要なMOS構造低温形成技術を構築できた。(6)ウェハボンディングで作製したGeOI基板の結晶品質評価を進めた。