東北大学 研究シーズ集

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S

SiCパワーデバイス

電子デバイスの高性能・高信頼化のための配線材料と形成プロセスの開発

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特徴・独自性
半導体デバイスからなる電子製品は、半導体自体はもとより、半導体に接続する金属配線があって製品として動作する。金属配線に求められる課題は、半導体材料との良好な電気的コンタクト、相互拡散の防止、良好な密着性、および配線材料の低電気抵抗、耐腐食性、プロセス耐性などがある。本研究室では、種々のデバイスのニーズにあった配線材料の開発ならびにコストパフォーマンスを追求したプロセス技術を開発することによって、高性能かつ高信頼性の先端デバイス開発に貢献している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
Si半導体多層配線において拡散バリア層を自己形成するCu合金配線、IGZO酸化物半導体に対して熱反応によるキャリアドーピングを行えるCu合金配線、SiCパワー半導体に対して優れた熱・機械的信頼性と良好なコンタクト特性を示すNb合金配線、タッチパネル用途などのITO透明導電膜に対するCu合金配線、太陽電池におけるCuペースト配線、などがある。

未来科学技術共同研究センター
小池 淳一 教授 Ph. D.
KOIKE, Junichi Professor

SiC多孔質セラミックス

ナトリウムフラックス法を用いて多孔質SiCセラミックスを作製する

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特徴・独自性
炭化ケイ素(SiC)の合成は、一般に1200℃を超える高温条件下で行われる。研究者らは、Si+C→SiCの反応において、ナトリウム(Na)を利用することで、β型立方晶系のSiCが700℃で合成できることを見出した。この合成法で、数ナノメートルの粒径を有する微粉末や、原料圧粉成型体の形状を保持した多孔体、図に示すような生体由来の組織を維持した多孔体が得られた。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
作製されるSiC多孔体は、高温ガスまたは融液のフィルターや触媒担体、軽量構造材料などに利用できる可能性がある。

多元物質科学研究所
山根 久典 教授 理学博士
YAMANE, Hisanori Professor

Single molecular nano-imaging

ナノイメージングによる膜透過性ペプチド細胞内透過機序の解明

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様々な生体蛋白質から細胞膜を通過し細胞内に移行する膜透過性ペプチド(CPP)が見つかっている。CPP活用で蛋白質を細胞内に導入し機能させる技術の開発が試みられてきたが、導入効率の改善が課題となっている。CPPには直接的な観察方法がなく、その侵入の仕組みは長い間謎に包まれてきた。
我々は世界ではじめてCPP1分子の膜上での動態を7ナノメートルの精度で直接・高速に可視化・定量化する方法を開発した。その結果CPP侵入には細胞表面の受容体(CPP-receptor)に結合し、架橋し、細胞内取り込み機序を活性化させることが不可欠であり、CPP価数調整のみで結合速度を100倍に高め、導入効率も120倍に高められる事を示した。同時に、様々なCPPに共通するCPP-receptor遺伝子の単離・同定にも成功した。さらに、この技術を用いて改良したCPP利用により、直径40nmの鉄粒子を細胞内小器官に直接導入することにも成功した。
我々が開発した技術で高効率CPPの開発は飛躍的に改善されると考えられ、ガンや再生医学、皮膚老化防止薬の開発への応用が期待される。この技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望している。

医学系研究科 感染病態学講座
鈴木 康弘 講師 医学博士
Suzuki, Yasuhiro Lecturer

Si半導体

電子デバイスの高性能・高信頼化のための配線材料と形成プロセスの開発

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特徴・独自性
半導体デバイスからなる電子製品は、半導体自体はもとより、半導体に接続する金属配線があって製品として動作する。金属配線に求められる課題は、半導体材料との良好な電気的コンタクト、相互拡散の防止、良好な密着性、および配線材料の低電気抵抗、耐腐食性、プロセス耐性などがある。本研究室では、種々のデバイスのニーズにあった配線材料の開発ならびにコストパフォーマンスを追求したプロセス技術を開発することによって、高性能かつ高信頼性の先端デバイス開発に貢献している。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
Si半導体多層配線において拡散バリア層を自己形成するCu合金配線、IGZO酸化物半導体に対して熱反応によるキャリアドーピングを行えるCu合金配線、SiCパワー半導体に対して優れた熱・機械的信頼性と良好なコンタクト特性を示すNb合金配線、タッチパネル用途などのITO透明導電膜に対するCu合金配線、太陽電池におけるCuペースト配線、などがある。

未来科学技術共同研究センター
小池 淳一 教授 Ph. D.
KOIKE, Junichi Professor

SNS解析

ビッグデータの意味解析を可能にする自然言語処理技術

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特徴・独自性
膨大な言語データを意味的に解析し必要な情報・知識を抽出する技術、抽出した情報・知識を分類・比較・要約する技術、それらを可能にする世界最速の仮説推論技術など、先進的な自然言語処理技術を研究開発しています。また、これら基盤技術をウェブやソーシャルメディアなどのビッグデータに適用し、大規模な情報・知識マイニングや信頼性の検証支援、耐災害情報処理などに応用する実践的研究も展開しています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
言語意味解析に基づく高度なテキストマイニングによる市場動向調査や技術動向調査、隠れたニーズやリスクの発見、社内文書の構造化・組織化による知識管理支援、対話システムなど、多様な分野・業種との連携が可能です。

情報科学研究科
乾 健太郎 教授 博士(工学)
INUI, Kentaro Professor

Social Message

人間の図地知覚特性を利用した多義的表現と社会的メッセージの創出

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情報の受け手にとって、魅力があり、意義深い印象をもつ表示デザインを創出するには、人間の感性特性、特に図と地に関する知覚心理学的知見を応用することが重要である。
図1は、人間の図地知覚において斜め線分がポップアウトする特性と、持続的注視による知覚的消失現象を利用したディスプレイである。中央付近をじっと見ていると、小さな「木」や、それらで構成される大きな「森」が見えなくなってしまい、斜め線分から構成される「人」で埋め尽くされてしまう。人が森林を破壊するという社会的メッセージも含んでいる。
図2は、透明視知覚現象を利用したデザインで、遮蔽された「人」→単安定的「人」→両安定的「人」に進化する様子を示し、それぞれ、男女関係、そして国際関係などにたとえた場合の社会的メッセージを含んでいる。
このような手法をWeb デザインやロゴなどに利用すれば、より心理的・感性的に洗練されたメッセージを効果的に発信することができる。

文学研究科
行場 次朗 教授 文学博士
GYOBA, Jiro Professor

SOFC

再生可能エネルギーの高効率利用システムの研究

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特徴・独自性
地球規模の環境破壊やエネルギー問題を解決するためには、高効率なエネルギー利用システムの開発と共に、再生可能なクリーンエネルギー利用技術を研究する必要が有ります。我々は、太陽エネルギーや水素などの新エネルギー利用技術に関する研究に取り組んでいます。研究テーマは大きく分けて熱放射スペクトル制御を用いた、高効率な熱エネルギー利用と水素エネルギー社会の実現に向けた固体酸化物燃料電池の研究です。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
環境調和型のエネルギーシステムにとって重要であり、今後の成長が期待される分野です。

工学研究科 機械システムデザイン工学専攻 新エネルギー変換工学分野
湯上 浩雄 教授 工学博士
YUGAMI, Hiroo Professor

セラミックスのイオン輸送を利用した燃料電池とエネルギー貯蔵

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特徴・独自性
イオン導電性セラミックスを用いて高温で動作する固体酸化物形燃料電池は、様々な燃料を高い効率で利用することができる発電システムです。当研究室では、さらなる高性能、低コスト、高信頼性を達成するために、材料の電気化学的・機械的挙動について、基礎的・多角的な研究を行っています。また、燃料電池の逆反応を用いて、再生可能エネルギーから得た電力を水素やメタンとして貯蔵する研究も行っています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
学内外の研究機関や企業・団体と協力しながら、燃料電池技術の商用化に向けて取り組んでいます。また、機能性材料のイオン輸送、界面反応、機械的特性の評価・解析技術を通して、新技術の開発にも貢献します。

環境科学研究科
川田 達也 教授 博士(工学)
KAWADA, Tatsuya Professor

Solar Cells

リチウム電池や太陽電池などのエネルギーデバイスプロセッシング

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 本間研究室では21世紀の科学技術が取り組む最重要課題である地球持続技術・低炭素化社会構築の為にナノテクノロジーを利用した再生可能エネルギー技術のフロンティア開拓を行う。新デバイス・新材料開発を中心に、太陽電池、燃料電池、二次電池等の革新的エネルギー技術を世に発信し地球温暖化対策のイノベーションを起こすことを目的としている。
 革新的エネルギー変換デバイスを実現するために、単原子層電極であるグラフェン、金属酸化物ナノシート、ナノ結晶活物質、イオン液体、表面ナノ薄膜などの革新的ナノテクノロジーの基礎研究から高容量・高出力型リチウム二次電池、全固体型リチウム二次電池、金属空気電池、大容量キャパシタ、太陽電池などの高性能電極材料・デバイス創製の精密化学プロセスを研究する。これらの革新的エネルギーデバイスを要素技術としてスマートグリッド、電気自動車や再生可能エネルギーの基盤強化に貢献するとともに産業界との共同研究を積極的に推進する。

多元物質科学研究所
本間 格 教授 工学博士
HONMA, Itaru Professor

SPECT

化合物半導体を用いた放射線検出器の開発

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特徴・独自性
材料純化、結晶成長、結晶加工、電極形成、検出器製作を一貫して行い、化合物半導体を用いた放射線検出器の開発を行っている。特に化合物半導体の一つである臭化タリウム(TlBr)に着目し研究を行っている。TlBr検出器は非常に高い検出効率を持ち、PETやSPECT等の核医学診断装置やガンマ線CT、産業用X線CT、コンプトンカメラ等への応用が可能である。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
化合物半導体成長技術はシンチレーション結晶育成、X線フラットパネルセンサー用直接変換膜製作へ応用が可能である。これらの結晶成長・検出器製作技術を産業界で活用したい企業や団体との共同研究を希望する。

工学研究科 量子エネルギー工学専攻
人見 啓太朗 准教授 博士(工学)
HITOMI, Keitaro Associate Professor

医工放射線情報学

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特徴・独自性
主に核医学に関わる医用工学分野の研究を行なっています。PETやSPECTに代表される核医学検査では、さまざまな薬剤に放射性同位元素をラベルし、その薬剤の体内の動態を非侵襲的に画像化できます。非常に高い感度、定量性を持った検査です。しかし、PET/SPECTのデータは、さまざまな情報、雑音が混合しており、そこから有益な情報を引き出す必要があります。そのための、数理モデルの構築や、画像処理の研究を行なっています。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
画像処理・データ解析ソフトウェアを医療機器メーカーに提供できます。現在、PETは創薬の分野で注目を集めています。分子イメージング技術をいかした早期薬効評価の指標としてPETを利用しようというものです。そのためのPET評価系の構築技術を提供できます。

サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター
渡部 浩司 教授 博士(工学)
WATABE, Hiroshi Professor

Speech coding

音声・音楽をターゲットとした信号処理・情報処理

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 音を中心としたさまざまな情報処理の研究を行っています。音声認識関連では、これまでに、音声認識の高精度化、音声によるロボットとの対話システムなどの研究を行ってきました。特に対話システムでは、手軽に作成できて柔軟な対話システムの開発、画像も併用したマルチモーダル対話システムなどを研究しています。また、これを応用し、外国語のスピーキング教育のための学習支援システムの技術を開発してきています。音声以外の一般音認識として、環境内での異常音の検出の研究を行っています。音声・音楽の符号化関連の研究としては、電話音声やMP3符号化音声への情報埋め込みの研究、またこれらの音信号をインターネットでストリーミング配信する時のパケットロス耐性を向上させる研究、補助情報を用いて音楽信号の操作を行う研究などを行ってきています。音楽情報処理の研究としては、ハミング音声を使った音楽情報検索の研究や、カラオケをターゲットとした歌声の自動評価の研究などを行っています。
 これらに限らず、信号時系列(音信号、センサーデータなど)や記号系列(自然言語、シンボル系列)のモデル化、認識、圧縮、データマイニングなどの技術を持っています。
 これらの技術を必要とする企業に対して、技術指導および共同研究を行う用意があります。

工学研究科
伊藤 彰則 教授 工学博士
ITO, Akinori Professor

Speech communication

音声・音楽をターゲットとした信号処理・情報処理

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 音を中心としたさまざまな情報処理の研究を行っています。音声認識関連では、これまでに、音声認識の高精度化、音声によるロボットとの対話システムなどの研究を行ってきました。特に対話システムでは、手軽に作成できて柔軟な対話システムの開発、画像も併用したマルチモーダル対話システムなどを研究しています。また、これを応用し、外国語のスピーキング教育のための学習支援システムの技術を開発してきています。音声以外の一般音認識として、環境内での異常音の検出の研究を行っています。音声・音楽の符号化関連の研究としては、電話音声やMP3符号化音声への情報埋め込みの研究、またこれらの音信号をインターネットでストリーミング配信する時のパケットロス耐性を向上させる研究、補助情報を用いて音楽信号の操作を行う研究などを行ってきています。音楽情報処理の研究としては、ハミング音声を使った音楽情報検索の研究や、カラオケをターゲットとした歌声の自動評価の研究などを行っています。
 これらに限らず、信号時系列(音信号、センサーデータなど)や記号系列(自然言語、シンボル系列)のモデル化、認識、圧縮、データマイニングなどの技術を持っています。
 これらの技術を必要とする企業に対して、技術指導および共同研究を行う用意があります。

工学研究科
伊藤 彰則 教授 工学博士
ITO, Akinori Professor

Speech processing

音声・音楽をターゲットとした信号処理・情報処理

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 音を中心としたさまざまな情報処理の研究を行っています。音声認識関連では、これまでに、音声認識の高精度化、音声によるロボットとの対話システムなどの研究を行ってきました。特に対話システムでは、手軽に作成できて柔軟な対話システムの開発、画像も併用したマルチモーダル対話システムなどを研究しています。また、これを応用し、外国語のスピーキング教育のための学習支援システムの技術を開発してきています。音声以外の一般音認識として、環境内での異常音の検出の研究を行っています。音声・音楽の符号化関連の研究としては、電話音声やMP3符号化音声への情報埋め込みの研究、またこれらの音信号をインターネットでストリーミング配信する時のパケットロス耐性を向上させる研究、補助情報を用いて音楽信号の操作を行う研究などを行ってきています。音楽情報処理の研究としては、ハミング音声を使った音楽情報検索の研究や、カラオケをターゲットとした歌声の自動評価の研究などを行っています。
 これらに限らず、信号時系列(音信号、センサーデータなど)や記号系列(自然言語、シンボル系列)のモデル化、認識、圧縮、データマイニングなどの技術を持っています。
 これらの技術を必要とする企業に対して、技術指導および共同研究を行う用意があります。

工学研究科
伊藤 彰則 教授 工学博士
ITO, Akinori Professor

Speech recognition

音声・音楽をターゲットとした信号処理・情報処理

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 音を中心としたさまざまな情報処理の研究を行っています。音声認識関連では、これまでに、音声認識の高精度化、音声によるロボットとの対話システムなどの研究を行ってきました。特に対話システムでは、手軽に作成できて柔軟な対話システムの開発、画像も併用したマルチモーダル対話システムなどを研究しています。また、これを応用し、外国語のスピーキング教育のための学習支援システムの技術を開発してきています。音声以外の一般音認識として、環境内での異常音の検出の研究を行っています。音声・音楽の符号化関連の研究としては、電話音声やMP3符号化音声への情報埋め込みの研究、またこれらの音信号をインターネットでストリーミング配信する時のパケットロス耐性を向上させる研究、補助情報を用いて音楽信号の操作を行う研究などを行ってきています。音楽情報処理の研究としては、ハミング音声を使った音楽情報検索の研究や、カラオケをターゲットとした歌声の自動評価の研究などを行っています。
 これらに限らず、信号時系列(音信号、センサーデータなど)や記号系列(自然言語、シンボル系列)のモデル化、認識、圧縮、データマイニングなどの技術を持っています。
 これらの技術を必要とする企業に対して、技術指導および共同研究を行う用意があります。

工学研究科
伊藤 彰則 教授 工学博士
ITO, Akinori Professor

SRモータ

電気モータの高性能化と応用に関する研究

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特徴・独自性
モータは現代社会に欠かせない道具であり、今後ともその需要は増大するものと考えられる。ここでは、小型で高出力かつ高効率なモータの開発を目的として、①モータの解析・設計手法の確立、②モータの最適制御手法の確立、③電気自動車への応用、④回転エネルギー回生技術の応用などを行っている。独自に開発した磁気回路網解析、磁石レスのスイッチトリラクタンス(SR)モータの高性能化、インホイールダイレクトドライブ電気自動車に技術的な特徴がある。

産学連携の可能性(想定される用途・業界)
電機メーカや自動車メーカ、磁性材料メーカとの産学連携を想定している。磁場解析・回路解析・制御系解析など、回転機の設計に必要な基礎技術を持っているので、特殊用途のモータや発電機の開発にも対応できる。

工学研究科
一ノ倉 理 教授 工学博士
ICHINOKURA, Osamu Professor

s

size effect

単一ナノ磁性体の物性の解明と先端磁気メモリーデバイスへの展開

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磁気ディスクをはじめとする磁気メモリは,不揮発,高密度,低コスト,高速などの特長を有し,急速に情報化が進む現代社会において益々その重要性を増しています.現在,それらのデバイスを構成する磁性体のサイズは10 nm程度に微細化され,表界面効果,量子効果,熱揺らぎなどナノサイズ特有の様々な現象が顕在化しつつあります.例えば,具体的な問題として,どのような原子配列がナノサイズ領域において安定なのか,サイズ効果によりバルクとは異なる物性が現れるのか,さらには外場や熱に対して静的・動的にどのように振舞うのか,等々があります.これら基本的な問題を解決することは,基礎的興味だけでなく将来のデバイス開発を進めていく上で非常に重要です.そうした背景を踏まえ,私達の研究グループでは,ナノサイズ粒子の結晶相安定性,単一ナノ粒子の物性・スピンダイナミクス,微細加工技術の改善,新規な高密度メモリー技術の提案,という研究課題に取り組んでいます.

多元物質科学研究所
北上 修 教授 工学博士
KITAKAMI, Osamu Professor

software

実践的かつ経営的処方を支援する薬品決定支援システムおよびプログラムの開発

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 糖尿病における実地医療現場で実践的かつ経営的処方術を実施するための薬剤決定支援システムおよび薬剤決定支援プログラムを発明した(特許第4176438号)。
 我が国の保健医療現場における医師の処方は1剤205円以内の6剤投薬と規定されている。この制限を越えた投薬を施行した場合には薬価請求額の10%が減額されるしくみになっている。但し、服用法が同じで、かつ205円以内に収まる複数の薬剤は1剤とみなされ、6剤を越えた処方がなされても6剤以下の処方と扱われる。
一方、我が国の高齢化社会では加齢に伴い糖尿病患者が増加している。糖尿病合併症を含めその治療薬を1人の内科医が処方すると容易に6剤投薬を超えてしまう。そこで医療経営的にジェネリック(後発品)の使用が不可欠となる。しかし、医師が先発品と後発品の医薬情報を薬価まで熟知し瞬時に処方を行うことは極めて難しい。本発明は主に糖尿病診療における内科医の処方技術を実践的かつ経営的に改善するものである。
 本発明(特許)を活用して事業化を企てる企業または出資者・開発支援者を求めている。
 ソフトウエアのサンプルあり。

医工学研究科
野々垣 勝則 教授 医学博士
NONOGAKI, Katsunori Professor

spin dynamics

単一ナノ磁性体の物性の解明と先端磁気メモリーデバイスへの展開

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磁気ディスクをはじめとする磁気メモリは,不揮発,高密度,低コスト,高速などの特長を有し,急速に情報化が進む現代社会において益々その重要性を増しています.現在,それらのデバイスを構成する磁性体のサイズは10 nm程度に微細化され,表界面効果,量子効果,熱揺らぎなどナノサイズ特有の様々な現象が顕在化しつつあります.例えば,具体的な問題として,どのような原子配列がナノサイズ領域において安定なのか,サイズ効果によりバルクとは異なる物性が現れるのか,さらには外場や熱に対して静的・動的にどのように振舞うのか,等々があります.これら基本的な問題を解決することは,基礎的興味だけでなく将来のデバイス開発を進めていく上で非常に重要です.そうした背景を踏まえ,私達の研究グループでは,ナノサイズ粒子の結晶相安定性,単一ナノ粒子の物性・スピンダイナミクス,微細加工技術の改善,新規な高密度メモリー技術の提案,という研究課題に取り組んでいます.

多元物質科学研究所
北上 修 教授 工学博士
KITAKAMI, Osamu Professor

Spintronics

第一原理計算に基づく新材料・素子機能の理論設計

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超高密度磁気記録用読出しヘッドや不揮発性スピンメモリなど高機能なスピントロニクス素子を実現するため、高スピン偏極材料を用いた磁気抵抗素子における電気伝導に関する理論研究に取り組んでいます。また、磁化の熱ゆらぎに対する耐久性向上を目指して、垂直磁気材料を用いた磁気抵抗素子の研究にも着手しています。強磁性体と酸化物の界面での結晶構造を理論的に設計して、磁気抵抗性能を向上させるための指針を得ることに成功しています。
経験的パラメタを必要としない第一原理計算手法は、スピントロニクス分野に限らず、多様な材料研究・開発の場において重要な役割を果たすものと確信しています。共同研究のご要望がございましたら、ご一報ください。

電気通信研究所
白井 正文 教授 工学博士
SHIRAI, Masafumi Professor