• 原子レベルで材料の劣化損傷の発生メカニズムの解明，稼働環境における破壊を防止する方法の確立，安全安心な社会の実現への貢献のため，１）原子レベルでの材料結晶組織の分析可視化技術，２）原子レベルシミュレーションを活用した高信頼材料の設計，製造技術，３）カーボンナノマテリアルを応用した稼働機器や人体のヘルスモニタリング技術，４）レーザ光応用非破壊損傷評価技術等の開発などの研究を推進しています．

材料や構造物の破壊（狭義の破損に留まらず機能消失、性能低下も含む）メカニズム解明に基づく破壊予知と破壊制御という視点で共同研究や学術指導も積極的に推進している。

• 原子レベルで材料の劣化損傷の発生メカニズムの解明，稼働環境における破壊を防止する方法の確立，安全安心な社会の実現への貢献のため，１）原子レベルでの材料結晶組織の分析可視化技術，２）原子レベルシミュレーションを活用した高信頼材料の設計，製造技術，３）カーボンナノマテリアルを応用した稼働機器や人体のヘルスモニタリング技術，４）レーザ光応用非破壊損傷評価技術等の開発などの研究を推進しています．

材料や構造物の破壊（狭義の破損に留まらず機能消失、性能低下も含む）メカニズム解明に基づく破壊予知と破壊制御という視点で共同研究や学術指導も積極的に推進している。

主に放射光の回折を用いて、高い精度で構造観測を行います。エピタキシャル薄膜や固液界面など，計測技術が確立していない測定対象を見るのが特徴です。

大強度の放射光と，情報科学を併用することで，標準的なX線構造解析の手法が適用できない物質の構造を明らかにします。

• 周期性が完全でない物・表面や界面の構造解析を行う。
• 有機半導体の表面構造緩和
• 酸化物の界面構造
• ある程度平滑な表面（AFMで見える程度，ステップ表面）があれば、その表面近傍の構造を非破壊・非接触で0.01nmの精度で決める事が可能

固液界面でのプロセスの進行過程を見るような応用が考えられます。 図1:測定セットアップ，図2：20ms露光でのX線反射率測定による固液界面構造観測例

• 真空プロセスを介した薄膜化技術を用いて各種物質の薄膜化や界面形成を行い、それら試料における機能の探索や物性開拓の基礎研究を行っています。新しい物質群の薄膜や界面の形成は工学的な側面から将来的な利用に欠かせません。また、薄膜や界面で発現する物性を機能として利用しようとする際、理学的な側面で理解を進めることも大切と考えています。そうした多角的な視野で薄膜と界面を活用する素子の開発に取り組んでいます。

最近では、磁気素子、半導体接合素子、超伝導接合素子、トポロジカル物質群の薄膜化などの研究を進めていますので、それらに関連する素子開発の共同研究。

多結晶ホイスラー合金薄膜
https://www.t-technoarch.co.jp/data/anken/T20-2968.pdf

従来技術では大きな異常ネルンスト効果や異常ホール効果等の特性を発現させるためにバルク単結晶や単結晶薄膜が不可欠と考えらえてきたが、本技術により単結晶化が不要となる。

• Co2MnGaやCo2MnAlに代表されるCo基ホイスラー合金の多結晶層を、絶縁性のAlN層で挟みこむことで、結晶配向の制御や結晶性の向上を促進することができ、高い特性を発現させることが可能となる。また、単結晶成長を必要としないので基板を選ばずに作製可能であり、フレキシブル基板の上でも高い特性が得られる。

パイプ内の排液や室内外温度による発電を可能とする熱電変換素子、フレキシブル基板上にホールセンサを初めとする高感度センサなどへの応用展開の可能性がある技術である。

• 強酸性の環境下で、水素イオンと塩化物イオンの濃度分布を、画像としてリアルタイム計測できるイメージング素子を開発した。pH の範囲は3.0 から0.5まで、塩化物イオン濃度は4M まで計測できる。従来、塩化物イオンに関しては、pH 6〜8の中性域で、0.01M以下の希薄溶液の濃度を計測できるだけであった。しかし、特殊なセンサー物質の探索や感応膜の作製方法を工夫することで、過酷環境下でも機能するデバイスの開発に成功した。

強酸性下で進行する金属の腐食現象など、各種化学反応の機構解明への応用が期待される。マイクロ流体チップへ組み込むことで、金属表面の触媒作用の解明などにも応用できるものと思われる。

現代社会が情報化社会と呼ばれて久しいですが、昨今大量のデータ処理や演算の需要が高まり、消費電力も指数関数的に増加しています。これまではSiが半導体デバイスの中心でしたが、これ以上の高性能化や低消費電力化には限界が見え始めつつあります。そこで、カルコゲナイドと呼ばれる周期表の第16族元素を含んだ全く新しい材料によって、既存のSi半導体を凌駕する電子デバイスの実現を目指して研究を行なっています。

カルコゲナイド材料薄膜は、量産化とも相性の良いスパッタリング法にて作製しています。これにより、材料の基礎研究と実用化との障壁を大きく下げることができます。また、従来全く検討されてこなかった材料の組み合わせや、自然界には存在しない準安定な薄膜材料の創製など、これまでにない手法での材料技術の高度化を目指しています。さらに、放射光実験や第一原理計算も取り込みながら、材料の理解も同時に進めています。

• 新規カルコゲナイド材料による電子デバイスの高機能・低消費電力化
• 実用化を見据えた新規電子材料設計・開発
• 放射光や理論計算による電子状態の解明

半導体は、デバイスメーカーだけでなく、半導体製造装置メーカー、半導体素材・材料メーカーと非常に裾野の広い産業です。サプライチェーンの安定化が望まれる中、日本発の新材料技術として社会実装を目指します。

• 様々な物質の液体状態を、高真空環境下で安定化させ、そのマイクロ/ナノレベルの成形技術や診断技術の開発，また，物性測定による新現象の発見，およびそのプロセス応用に取り組んでいる。特に、膜厚が数nmのイオン液体膜の作製や単結晶品質のSiCなどの無機薄膜の高速VLS成長、イオン液体を介した有機半導体、高分子薄膜・結晶材料のプロセスは，世界的にも類を見ない独自技術である。

wet系プロセスの利点を真空プロセスに取り入れた次世代の半導体プロセスへの応用開発、有機半導体の新しい精製技術の開発，イオン液体を介した蒸着法による再結晶が困難な有機化合物の単結晶の試作など。

4 インチ、6インチ、一部8インチのMEMSを中心とした半導体試作開発のための共用設備で、必要な装置を必要なときに時間単位でお使いいただけます。東北大学に蓄積された関連ノウハウが利用可能で、スタッフが試作を最大限支援します。東北大学西澤潤一記念研究センターの2 階スーパークリーンルームのうち、約1,200m2を主に利用しています。装置、料金については、ホームページをご覧ください。

経験豊富な10人以上の技術スタッフが支援します。エッチング、成膜などの各プロセスの標準的な加工条件を提供していますので、ご要望に応じた試作がすぐに開始できます。シリコン以外の様々な材料にも対応します。

• MEMS、光学素子、高周波部品などのデバイスのほか、半導体材料開発などに対応します。
• 試作前、試作途中における、デバイスやプロセスの技術相談にも対応しています。
• デバイスの実装工程に対応する「プロトタイプラボ」も利用できます。
• 半導体、計測器、センサなどの歴史を学んでいただける博物館もご覧いただけます。
• 東北大学半導体テクノロジー共創体の一部として、半導体の研究開発、人材育成を推進しています。
• 学生、企業技術者向けの半導体人材育成プログラムをオンデマンドで実施しています。
• 文部科学省マテリアル先端リサーチインフラ(ARIM)事業のメンバーとして、設備とデータの共用に取り組んでいます。

2010年の開始以降310社以上の企業が利用しています。MEMS等のデバイスメーカーはもちろん、材料や機械部品、装置メーカーからも利用があります。これまでに約10件の実用化支援事例があります。

• (1)光通信用半導体レーザ：1981年、通信波長1.55μmでの単一縦モードでの室温連続発振。ファイバ当たりの伝送容量を25千倍の10Tb/sに増大。(2)窒化物半導体青色LED：InGaAlN提案（1987年）、発光材料InGaN単結晶薄膜成長（1989年）。本技術は市販の青色LED作製の標準技術。高周波・高出力トランジスタ：逆HEMT作製。車用トランジスタ実現のためGaN基板開発中。

光通信用分布帰還型レーザ作製技術：サブミクロン周期構造作製、レーザの作製プロセス・素子評価・シミュレーション／窒化物半導体関連技術：有機金属気相成長、結晶評価、発光素子‧太陽電池‧電子素子の作製と評価