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記事抜粋109

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煩悩の数超えた!


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[1] アンモニアの「地産地消」で食糧・エネルギー問題を解決 つばめBHB<東工大>-大学発ベンチャーの「起源」(90) (msn.com)


  1. 細野さんのやつな・・・。

  2. つばめBHB(東京都中央区)は、東京工業大学発の化学素材製造ベンチャー。同大国際先駆研究機構 元素戦略MDX研究センターの細野秀雄栄誉教授が開発したエレクトライド技術を商業化するために、2017年に教授陣と民間企業、投資ファンドの出資を受けて2017年4月に設立した。

  3. エレクトライド技術でアンモニアを効率的に生産 エレクトライドとは電子化物とも呼ばれ、電子が陰イオンとして働く化合物の総称だ。例えば絶縁体となっている物質の酸素イオンを電子に置き換えると、電気を流しやすくなると同時に電子を外部に与えやすいという性質がある。その結果、アルカリ金属のように電子を極めて放出しやすいにもかかわらず、化学的・熱的には安定しているという。同社ではこうした特性を利用して、従来は400~500℃の高温と100~300気圧の高圧環境が必要だったアンモニア合成を、400℃以下の大気圧という条件下において短時間で達成した。

  4. アンモニアは農作物の生育に欠かせない窒素を供給する化学肥料の製造に利用されている。アンモニアの約8割は肥料用とされ、尿素や硫酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硝酸カリウムなど様々な窒素系肥料がアンモニアを原料としている。アンモニアは主に窒素ガスと水素ガスから合成する「ハーバー・ボッシュ法」により、世界で年間約1億7600万トンほど生産されている。ただ、この方法では巨大な工場で年産20万〜120万トン規模もの大量生産をする必要があった。

  5. 食糧問題、エネルギー問題で世界に貢献する つばめBHBはエレクトライド技術を利用したアンモニア製造プラントを開発。消費地の近くに建設して同1000〜10万トン単位で製造する、オンサイト生産技術を確立した。設備投資額も従来の800分の1に削減できる上にアンモニアの輸送や貯蔵にかかる費用も抑えるなど、環境負荷の抑制とコスト低減につながるという。途上国でも安価なアンモニアの現地生産が可能となり、食糧の増産に寄与する。同技術を高く評価した味の素は、つばめBHBの設立に当たって資本金の44%を出資し、全面的に経営を支援。農業肥料や食品、医薬品、化成品などでの適用拡大を目指している。アンモニアは二酸化炭素(CO₂)フリー燃料や水素を化合物化して効率的に運搬する水素キャリアとしても有望視されており、農業だけでなくエネルギー問題解決にも役立つと期待されている。こうした将来性の高さから、科学技術振興機構・新エネルギー・産業技術総合開発機構主催の「大学発ベンチャー表彰2023」で、新エネルギー・産業技術総合開発機構理事長賞を受賞した。食糧問題からエネルギー問題まで幅広く対応できる技術だけに、注目の大学発ベンチャーだ。

  6. これにも再エネ水素が必要だ。

  7. 「再エネには水素生産がつきもの」となる必要が有る。


「室温・空気中で安定なエレクトライドの合成に成功」 (jst.go.jp)  平成15年7月30日

  1. 科学技術振興事業団(理事長:沖村憲樹)創造科学技術推進事業(ERATO)細野透明電子活性プロジェクト(総括責任者:細野秀雄、東京工業大学 応用セラミックス研究所教授)は、東工大応用セラミックス研究所と山梨大学クリスタル科学研究センターの協力を得て、室温・空気中で安定なエレクトライドの合成に世界で初めて成功した。

  2. 結晶といえば、食塩のように陽イオンと陰イオンが結びついたイオン結晶が、その代表である。こうしたイオン結晶の中で、陰イオンの占めるべき位置を電子が占める物質は1974年に合成され、エレクトライドと命名された。

  3. 電子は負の電荷をもつという点では陰イオンと同じであるが、質量が小さく量子力学的に振舞うという点で陰イオンと異なるため、エレクトライドはユニークな性質を示すことが、知られている。しかしながら、これまでに報告されてきたエレクトライドは、アルカリ金属のクラウンエーテル化合物で、最も安定なものでも-40℃以上では分解し、また空気に曝すと反応してしまうなど、熱的にも化学的にも不安定なため、応用の道が閉ざされていた。

  4. 同プロジェクトの細野リーダーと松石 聡研究員らは、12CaO・7Al2O3 (C12A7)というセメントの原料になっている物質の構造が、C60と類似のケージ(籠)構造を有し、その中に酸素イオンを包接することに着目し、これらの酸素イオンの全てを化学処理によって電子に置き換えることで、空気中でも300℃程度まで安定なエレクトライドを初めて合成した。合成されたエレクトライドは、濃緑色の固体で室温100 S・cm-1という高い電気伝導度を示す。

  5. これまでエレクトライドには、ディスプレイ等の冷電子放出源(注1)、赤外線検出素子、還元試薬など興味深い応用が期待されていたが、今回の成功で応用の可能性が初めて現実的になった。また、数センチメートルの大きさの単結晶も得られているので、応用研究だけでなく、物性研究も飛躍的に加速されるものと期待される。

  6. 本研究成果は8月1日付けの米科学誌「サイエンス」に掲載される。

[7] 半固体電池25年にも供給 EV向け、コスト4割減 - 日本経済新聞 (nikkei.com)

  1. 伊藤忠商事や独フォルクスワーゲン(VW)が出資する米スタートアップは、2025年にも現状のリチウムイオン電池に比べて製造コストを最大4割減らした次世代電池を供給する。発火リスクの低い「半固体電池(総合2面きょうのことば)」で、電気自動車(EV)の性能を飛躍的に高める全固体電池のつなぎの技術と期待される。普及すればEV価格引き下げの後押しになる。開発したのは、24Mテクノロジーズ(マサチューセッ...

  2. 24Mプロセスと呼ばれているものは、活物質、導電材、PEO、電解質塩を混合、押出成形するもの。PEOが流動する温度で混錬されるためドライプロセスだ。元々は高分子固体電解質を使った電極を形成するために開発されたものだが、イオン伝導度が低いので液を浸透させてゲルにして使うってことで「半固体」なんでしょう。

  3. いわゆるドライエレクトロ―ド(乾燥不要)プロセスの一つと考えればいいです。もう一つのMaxwellプロセスはTeslaが採用しましたが、これよりは大型電極が安定的につくりやすいということで採用したのだと思われます。

  4. 性能的には液漏れがしにくいってだけで特にうれしいことは無いです。急速充電性能を大幅に上げることもできないし、むしろ下がる。

[8] 中国製の部品・鉱物使用は除外 バイデン政権がEV優遇措置で新指針 (msn.com)

  1. バイデン米政権は1日、電気自動車(EV)購入者に1台あたり最大7500ドル(約110万円)を税額控除する優遇措置について、中国製の電池部品や重要鉱物を使用している場合は対象外にする方針を発表した。EV生産に不可欠な重要物資の調達で中国への依存度を下げ、米国とその同盟国による重要物資の供給網を強化する狙いがある。電池部品は2024年から、重要鉱物は25年から適用する。 中国国内で生産されたり、25%以上の株式保有など中国政府の関与が強い企業で生産されたりした電池部品や鉱物を含むEVが、優遇措置から外れる見通し。中国は車載用電池やレアアース(希土類)など重要鉱物の精製で世界的に高いシェアを握っており、米欧日など多くの自動車メーカーが中国産に頼っている。新たな措置が実行されれば、優遇措置の対象外になる車種が増えるとみられる。 ただ、新たな措置は原産地の特定が難しい重要鉱物については26年まで例外とする「抜け穴」も設けた。自動車メーカーから歓迎の声が上がる一方、対中強硬姿勢を示す米議会からは反発を招いている。企業などからの意見公募を経て正式に決める。 EV購入者への優遇措置は、バイデン政権が気候変動対策などを目的に22年8月に成立させた「インフレ抑制法」の目玉政策。ただ、自動車本体が北米で組み立てられていることなど複数の条件を満たす必要があり、現在でも市場で販売されている車種の5分の1の約20車種しか対象になっていない。【ワシントン大久保渉】

  2. まあ、補助金を中国のために使いたくないということだ。

[9] EU新車販売、来年は2.5%増に減速か EV比率拡大へ=業界団体 (msn.com)

  1. [ブリュッセル 29日 ロイター] - 欧州自動車工業会(ACEA)は29日、欧州連合(EU)域内の2024年の新車販売台数について、伸び率が今年の予想である12%から2.5%に減速するとの見通しを示した。電池式電気自動車(EV)が全体に占める割合は今年の14─14.5%から約20%へと大幅に拡大すると見込んだ。 ACEAのルカ・デメオ会長は、欧州の自動車業界が2030年まで毎年8─9件のEU規制が施行される状況に直面していると不満を表明した。デメオ氏は仏自動車大手ルノーの最高経営責任者(CEO)を務める。デメオ氏はまた、EV用充電拠点の設置ペースを7倍から10倍加速する必要があると指摘。1回の充電で400─450キロの航続距離を持ちながら価格が著しく下がったドイツ自動車大手フォルクスワーゲン(VW)の「ポロ」やルノーの「クリオ」に匹敵する小型EVが着実に市場投入され、こうした製品が需要を喚起するとの見方を示した。

  2. BEV20%なら上出来だ。HEV40%と効果は等価だ。

[12] 原油先物2%安、OPECプラスの自主減産に懐疑的な見方 (msn.com)


  1. [ニューヨーク 1日 ロイター] - 米国時間の原油先物は2%超下落した。石油輸出国機構(OPEC)加盟国とロシアなどの非加盟国で構成する「OPECプラス」による自主減産に対する懐疑的な見方や世界的な製造業の不振を受けた。清算値は、北海ブレント先物2月限が1.98ドル(2.45%)安の1バレル=78.88ドル。米WTI先物は1.89ドル(2.49%)安の74.07ドル。週間では北海ブレントが約1.9%安、WTIが1.6%安となった。

  2. 原油価格は安定しているが、円安でガソリン価格は高騰しっぱなし。「半分税金みたいなものなので故意に放置しているのか単に無能なのかわからないJAPAN」になっている。トリガー条項も発動せず。

  3. 「CULT JAPAN」殲滅も道半ばなのに「悪質or無能JAPAN」が浮き彫りになる始末。

  4. 中国製u-BEVの日本進出に期待しよう。

[13] そうこうするうちにシェール革命の終わりがやってくるかも:米国産原油、最後の一滴まで採掘できるか (msn.com)

  1. まあ、アルゼンチンでシェール革命が始まるから。

  2. 彼らはどこまで掘り下げられるのか。米国のシェール開発業者は、できるだけ安く石油を採掘しようと不断の取り組みを続けてきた。一部の企業は潤沢な資金を背景に、広大なパーミアン盆地にある最良の石油を間もなく使い果たすかもしれないという予感から、今ある原油を最後の一滴まで確実に採掘することに重点を移しつつある。これはコスト上昇を意味しかねない。生産者は初期の生産量を最大化するために素晴らしい仕事をしてきた。調査会社エンベラスのデータによると、米国の陸上および海洋での生産性(掘削した油田1フィート当たりの、最初の12カ月間に生産された原油の量で測定)は、2007年以降、着実に上昇を続けてきた。2022年8月からの12カ月間で原油が生産された米国の陸上・海底油田の生産性は、その5年前に掘削された油田と比較して59%向上している。カンザスシティー連銀のエコノミスト、ジェイソン・ブラウン氏によれば、こうした生産性の向上は、地震探査技術やマッピングの改善、坑井の延長、フラッキング液の使用量の変更によってもたらされたという。

  3. 生産性の向上がこのペースでいつまで続くかは不透明だ。例えば、水平坑井の長さには限界があるかもしれない。エンベラスの油田サービスインテリジェンス担当シニアバイスプレジデントのマーク・チャップマン氏によると、坑井が長くなればなるほど、より多くの隣接地が必要になるだけでなく、坑井の保守・管理も難しくなる。一方、効率性の向上は停滞している。チャップマン氏によると、パーミアン盆地のミッドランド側では、掘削速度は1日当たり約1400フィート(約430メートル)で頭打ちとなった。また、開発期間中の資本効率は近年やや停滞しており、最近では油田サービスコストの上昇により低下している。米国のシェール産業にとって気がかりなのは、石油の採掘は非常にうまくなったが、その代償として地中に石油が残ってしまうことだ。地下のシェール層をミルクセーキに例えるなら、「ベストベンチ開発」と呼ばれる従来の方法は、ある鉱区で最初にストローを1本か数本使って吸い上げ、後でまた吸い上げるというものだった。最初の坑井は非常に生産性が高かったが、後の坑井の生産性が著しく低下するという問題があった。「キューブ開発」は、この問題を解決することを目的としている。これは、採掘前にミルクセーキの周りに複数のストローを刺すというものだ。生産者は長年この方法を使用してきたが、坑井の間隔については試行錯誤があった。明らかなメリットは、正しく行われれば、生産者は全体としてより多くの石油を採掘することが期待できるということだ。「大まかに言って、キューブ開発はベストベンチよりも高い原油回収率をもたらすとほとんどの人が考えている」と、エンベラスのインテリジェンス担当シニアバイスプレジデントのスティーブン・サグリフ氏はメールで述べた。サグリフ氏は、パーミアン盆地で過去数年間に行われた全開発の約60%がキューブ型だったと指摘した。米石油大手エクソンモービルはキューブ開発の声高な推進派だ。10月の決算説明会では、テキサス州マーティン郡でベストベンチ方式を採用している競合他社と比較して、キューブ型開発方式は推定30~50%高い正味現在価値を生み出していることを明らかにした。これは、エクソンが米シェール大手パイオニア・ナチュラル・リソーシズを買収した理由の一つでもある。エクソンは、独自のキューブ開発方式を使えば、パイオニアの鉱区からより多くの炭化水素資源を採掘できると考えている。エクソンが最高のシェール開発者と見られていないこともあり、投資家はこうした予測に完全には納得していない。同じキューブ方式を採用している企業には、2019年から同方式にシフトしているダイヤモンドバック・エナジーがある。同社の今月の投資家向けプレゼンテーションによると、2015年には1プロジェクト当たり平均約3本の油井を掘削していたのが、2019年には10本、現在では約24本になった。

  4. キューブ開発の欠点は、初期費用がかかること、生産まで時間がかかること、そして大きなリスクを伴うことだ。キューブ開発では、開発期間中の石油生産量を最大化するためには坑井の間隔をかなり密にしなければならない。しかし、坑井を少しでも近づけ過ぎると生産性は劇的に低下する。エネルギー分析会社フローパートナーズのトム・ローリー社長によれば、原油回収率の最大化は、最終的な回収率が突然急落するポイントの「端にかなり近づく」ことを意味する。これは初期の一部のキューブ開発プロジェクトで起きたことだ。坑井の間隔が十分でなかったために予測通りに炭化水素を生産できなかった。キューブ開発の方が最終的には開発期間を通じて資本効率が高いという前提を、誰もが支持しているわけではない。ただ明らかなのは、資金力があり、忍耐強く、ある程度のリスク許容度を持つ開発者だけがキューブ開発を試せるということだ。従来と異なる投資家基盤も必要だろう。ローリー氏によると、パイオニア・ナチュラル・リソーシズが2022年の初めに油井の密度を上げ始めたとき、「ウォール街はそれを気に入らなかった」。エクソンがキューブ開発に取り組めるのは、資本効率の四半期ごとの改善にあまり焦点を当てない、よりテーマ性の高い投資家が含まれているからだと同氏は考えている。パーミアン盆地の大手開発会社の一部が、資本負担が大きく、ややリスクの高い方式を追求していることは、彼らがシェール鉱区に残っている油井の数にあまり自信がなく、投資家の忍耐力により自信を持っていることを示唆している。

  5. 米国の極端なBEVシフトにでも期待しますか。現状、問題が多いらしいが。

[18] UCPSS 2023(3) GAA構造形成のためのSiGe選択エッチ、パターン倒壊、環境対策に脚光 | TECH+(テックプラス) (mynavi.jp)

  1. 9月にベルギーで開催された半導体洗浄・クリーン化技術に特化した国際シンポジウム「UCPSS 2023」では、公募で採択された51件の発表が行われた。その中から注目を集めた論文を紹介しよう。

  2. GAAナノシート構造形成のためのSiGe選択エッチに脚光 Gate-All-Around(GAA)構造のSiナノシート、フォークシート、そして究極とされるCFETでは、SiGeの選択エッチを用いてSi-SiGeの多重積層構造からSiGeだけエッチングして、単結晶シリコンでできたナノシートを基板から切り離していわば宙に浮かせるする必要があるが、そのためには、まずSiGeを酸化剤によって酸化し、その後エッチ材によって溶解させる手法がとられている。マルチナノシートチャネルの底部や中間誘電体分離層の導入には、SiGeのGe濃度の差によるSiに対する選択比の大きな選択エッチングを利用する。SiGeの選択エッチに関しては、SCREEN(+Merck)、三菱ケミカル、独BASF(+imec)、imec(+韓国の漢陽(Hanyang)大学)、韓国の延世(Yonsei)大学が発表を行った。延世大学は、エッチング液としてH2O2、CH3COOH、HFの混合液を用い、そのエッチングメカニズムを解明したことを発表したが、企業からの発表では、独自組成のエッチング液を用いて行われたものの、その組成は公開されなかった。

[19] 2024年に期待される12の半導体・ハイテク技術トレンド、TrendForceが公開 - 記事詳細|Infoseekニュース

  1. 台湾の半導体およびハイテク産業市場動向調査会社であるTrendForceが、2024年のハイテク産業界で起きると予想される12の主要技術トレンドを発表した。TrendForceが予測する2024年の12の技術トレンドは以下のとおり。

  2. CSPのAI投資拡大によりAIサーバの出荷台数が38% 増加

  3. HBM3eがHBM市場をけん引

  4. 3Dパッケージングを活用したAI半導体の登場

  5. 非地上系ネットワークの商用活用が本格化

  6. 衛星通信を中心とした6Gの規格検討が加速

  7. 新規参入企業の増加によるマイクロLEDのコスト低減

  8. AR/VR向けマイクロディスプレイ技術の競争が激化

  9. 酸化ガリウムの商用化に向けた動きが加速

  10. EV向け全固体電池の実用化に対する期待が高まる

  11. BEVの焦点となる電力変換効率、航続距離、充電効率

  12. AIシミュレーションの活用によるものづくりが加速

  13. 折り畳みスマホが有機EL市場をけん引

  14. AIサーバのシェアが1割越えへ 生成AIを中心とするAIへの注目度の高まりを受けて、MicrosoftやGoogle、AWSなどの主要CSP(クラウドサービスプロバイダ)がAIへの投資を積極的に進めている。そのためTrendForceでは、(CPU、FPGA、ASICを搭載したサーバを含む)AIサーバの出荷台数が2023年には前年比37.7%増の120万台超、全サーバ出荷台数の約9%を占めるまでに成長すると予測しており、その勢いは2024年も続き、同38%増と伸び、全体に占める割合も12%まで拡大すると見ており、2023年から2026年までのAIサーバ出荷数の年間平均成長率は20%を超えると予想されるとしている。またトレンドとして、主要CSPの多くがNVIDIAやAMDのGPUソリューションを超えて独自のASIC開発を加速させている。例えばGoogleは2023年下半期からAIサーバへのカスタムTPUの導入を加速、その年間成長率は70%を超えるとみられる。AWSも2024年に多くのカスタムASICを採用する予定で、その出荷量は前年比2倍と予想されている。MicrosoftやMetaも、自社開発のASICソリューションの拡張を計画しているという。

  15. こうしたAI半導体の需要拡大はHBMの需要を高めることにもつながっている。HBM2eが現在の主流だが、NVIDIAのH100/H800およびAMDのMI300シリーズの量産により、HBM3の需要も増加してきている。2024年にはHBM3eの導入も加速することが予測されることから、平均単価がほかのDRAMと比べて高いことも加味すると、2024年のメモリサプライヤの収益にHBMが貢献することが予測されるとしている。

  16. さらに、さらなる性能向上ニーズに応えるためにファウンドリを中心に2.5/3Dパッケージング技術の技術進化が続けられている。TSMCのCoWoS、IntelのEMIB、Samsung のI-Cubeなどといった2.5Dパッケージソリューションが高性能半導体に広く活用されるようになってきたが、サプライヤ各社は2024年までにAIを中心とした高い演算能力ニーズに対する需要の高まりに応えるため、それらの生産能力を増強することに注力することが予想される。TSVを活用した3Dパッケージング技術も含めた高性能化ニーズも高まりを見せており、チップ同士の効果的な統合が進むことが予想されるとする。

  17. 通信分野は非地上系ネットワークの活用が加速 StarlinkおよびOneWebの低軌道通信衛星の着実な増加に加え、非地上系ネットワーク(NTN:Non-Terrestrial Network)における5Gの新しい無線開発に関する3GPPのリリース17/18ガイドラインにより、衛星通信事業者、半導体企業、地上通信事業者、スマートフォン(スマホ)メーカーの間でのコラボレーションが活発化している。現在のNTNは主にモバイル向けに焦点を当てており、端末が特定の条件下ながら衛星と直接、双方向のデータ送受信が可能となりつつある。そうした状況を加速するため、半導体メーカーは2024年に向けて衛星通信用チップへの取り組みを強化しており、その流れを受けて、スマホメーカーもハイエンドモデルを中心に衛星通信機能を統合してくることが予想される。2024年にNTNが広く普及するうえで、小規模な商用テストの実施は重要な推進力となる。また、長期的な観点としては、衛星間リンク(ISL:Inter Satellite Links)の技術は地域を超えた大規模ユーザーへの同時中継の実現などに向けて期待されており、それは世界規模での低遅延通信の実現を目指す6G通信のビジョンにも通じるところとなっている。

  18. その6Gの標準化プロセスは2024年から2025年の間に開始され、最初の標準技術の導入は2027年から2028年ごろになることが予定されている。6Gの主要技術の進歩により、地上系ネットワークと非地上系ネットワークのシームレスな統合がなされ、さまざまな新しい技術応用の先駆けとなることが期待される。6Gの標準化が進むにつれ、低軌道衛星通信も段階的に6Gをサポートしていくこととなり、その世界的な展開は、6Gの商用化ごろにピークを向かえると予測されるとする。

  19. マイクロLEDの低コスト化がFPD業界に変革をもたらす 2023年はマイクロLEDディスプレイ技術の量産にとって重要な年となった。今後の主な課題は低コスト化で、チップの開発に関しては、小型化への取り組みが中心的な役割を果たしている。現在主流の大型ディスプレイ向けチップサイズは34μm×58μmだが、これが20μm×40μm、さらには16μm×27μmなどといったより小型のチップサイズに取って代わられる予定である。そうしたチップの小型化によって、今後の4年間で達成できるコスト削減は少なくとも年間20~25%になると予測されている。また、超高PPI(Pixel Per Inch)に対する厳しい要件を考慮すると、サイズを5μm以下にする必要があるが、技術的な課題は多く残されているものの、2024年にはさらに多くのメーカーがこの分野に参入し、サプライチェーンを強化するのみならず、コスト構造の洗練にも寄与することが予想される。

  20. さらにFPD業界として、AR/VRヘッドセットの需要な増加が、マイクロOLEDディスプレイの市場成長を促しており、今後、主要ブランドがマイクロOLEDディスプレイの採用を加速させると、その存在感が増す可能性がある。将来のトレンドは、小型化が具体化しつつ、パーソナライズされたディスプレイに傾いており、この実現には半導体プロセスとディスプレイ技術の統合にかかっているといえる。

  21. 電気自動車がパワー半導体分野をけん引 次世代パワー半導体としてSiCやGaNの活用が進むが、より高い性能が期待できる酸化ガリウム (Ga2O3) が次々世代のパワー半導体デバイスとして期待されるようになってきている。気相成長SiCやGaNと比較して、酸化ガリウム結晶はシリコン結晶と同様の溶融成長法を使用して製造できることから、コスト削減の可能性が高まることが期待される。すでに4インチの酸化ガリウム単結晶の量産は実現されており、今後数年のうちに6インチの量産も実現したいという考えがでている。同時に、酸化ガリウムベースのショットキーダイオードとトランジスタの構造設計と製造プロセスも進歩しており、ショットキーダイオード製品の最初のバッチは2024年までに市場投入されることが予想され、初の商業規模の酸化ガリウムパワーコンポーネントとなる可能性があるとTrendForceは予想している。

  22. 高効率なパワー半導体の実現を期待する電気自動車(EV)業界は、より優れた安全性とエネルギー密度を備えたバッテリーへの需要がますます顕著になっており、エネルギー密度が高く、安全性が向上する全固体電池に注目が集まっており、2023年後半に半固体電池の限定的な利用が開始されることが予想される。また、リチウムイオン電池代替として、例えばナトリウムイオン電池は、豊富な埋蔵量からコストメリットが期待されており、現在、中国の電池メーカーが同技術の商業化に積極的に取り組んでいる。日本を中心として普及を図る水素燃料電池は、業界が比較的成熟していないため現在、市場には同技術を利用できる乗用車および商用車の選択肢が限られており、長距離大型トラックへの商業採用は、2025年以降に広く普及すると予想されている。

  23. 2024年は、さまざまな次世代電池技術の商業化を観察するうえで重要な時期となると見られる。また、充電時間の短縮に向けた800Vプラットフォームへの車両の対応も進むことが予想される。これらの車両は360kWを超す高出力急速充電に対応できるため、高出力充電ステーションの建設も進むことになるほか、ワイヤレス給電技術も進歩しており、米国ミシガン州では1.6kmのワイヤレス充電高速道路が公開される予定であるとしている。現在のBEVのエネルギー効率を高めるうえで重要なコンポーネントとなっているSiCは、2024年に8インチの生産能力が徐々に増加していくことが予想されるが、歩留まりの改善も求められることとなる。ただし、生産能力の多くがすでに半導体メーカー各社によって予約されており、コスト削減の可能性が限られている点に注意する必要がある。そのため、チップサイズを縮小することが試みられており、トレンチ技術への研究開発投資が進むことが期待されるとする。

  24. AIの活用分野がさらに拡大 自動車の自動運転の実現にAIの活用は欠かせないが、テスラは2024年に独自のスーパーコンピュータ「Dojo」とのニューラルネットワークトレーニングに10億ドルを投資することを計画。より高度な自動運転システムを導入し、手頃な価格帯を設定することが、インテリジェントな運転分野でリーダーとなろうとする同社の戦略となっている。AIの活用は何も自動車だけではない。IEA(国際エネルギー機関)によると、2024年までに世界の再生可能エネルギー発電量は、化石燃料とほぼ同等の4500GWに達すると予測している。こうした再生可能資源からの安定したエネルギー生成を確保するために、送電網、エネルギー貯蔵、管理などの周辺システムには、必然的にAIを活用したスマート テクノロジーが採用されることとなり、バッファリングの容量と精度向上が図られることとなる。例えばスマートグリッドでは、教師あり学習によって電力の入出力が最適化され、教師なし学習によって取得したデータ品質の向上が図られ、また負荷予測や安定性評価などのツールが全体の効率向上を実現する。これらは、2024年のグリーンエネルギー関連技術の進歩に重要な意味をもたらすこととなる。また、ものづくりの分野においてもエネルギー消費の最適化に向け、シミュレーションを駆使したデジタルツインの活用が推進され、生成AIや3Dプリンタなどの技術も加わり、設計と生産モデリングの迅速化によるリソースの無駄の削減が図られることとなることが期待されるようになる。持続可能性に向け、企業には二酸化炭素の排出量削減が求められることもあり、工場の効率的な稼働に向け、そうしたAIや機械学習の活用が進むこととなる。

  25. 折り畳み式スマホの需要拡大で有機EL市場も成長へ 折り畳み式スマホがユーザーの期待に応えるべく、大きく進歩し続けており、徐々に市場として形成されてきている。折り畳み式スマホにはOLED(有機EL)が活用されることとなり、当該分野での存在感を増すためにすでに多くのパネルメーカーが投資を加速させている。SamsungはすでにG8.7の新工場を、BOEテクノロジーはB16工場への投資計画を発表しているほか、JDIはeLEAP技術の開発に注力する計画を掲げ、VisionoxはOLED関連技術と市場に積極的に進出している。パネルメーカーによるこうした取り組みは、Appleの需要を満たすことだけを目的としたものではなく、OLEDパネルが他のアプリケーション市場に参入するきっかけとしても機能する。また、新しい技術の導入により、2025年までに現在のFMM(ファインメタルマスク)および蒸着装置のサイズ制限が克服されると予想され、より耐久性の高い材料の商品化と次世代生産ラインによる大量生産の成功と相まって、さまざまな用途におけるOLEDの普及率が高まることが期待されるという。(服部毅)


概ねこんなもんだろうと思うが、酸化ガリウムはダイオードはいいとしてトランジスタ、ナトリウムイオン電池あたりが困難かもしれない。

(1) 酸化ガリウムトランジスタ

  1. これが世界初の縦型酸化ガリウムトランジスタの報告(2018年12月):Current Aperture Vertical --Ga2O3 MOSFETs Fabricated by N- and Si-Ion Implantation Doping | IEEE Journals & Magazine | IEEE Xplore/Abstract Depletion-mode vertical Ga 2 O 3 metal-oxide-semiconductor field-effect transistors featuring a current aperture were developed on a halide vapor phase epitaxial drift layer grown on a bulk β-Ga 2 O 3 (001) substrate. Three ion implantation steps were employed to fabricate the n ++ source regions, lateral n channel, and p current blocking layers, where Si and N were selected as the donor and deep acceptor dopant species, respectively. The transistors delivered a drain current density of 0.42 kA/cm 2 , a specific on-resistance of 31.5 mΩ·cm 2 , and an output current on/off ratio of over 10^8 . High-voltage performance of the present devices was hampered by a large gate oxide field in the off-state causing high gate leakage, a limitation that can be readily overcome through optimized doping schemes and an improved gate dielectric. The demonstration of a planar-gate vertical Ga 2 O 3 transistor based on a highly manufacturable all-ion-implanted process greatly enhances the prospects for Ga 2 O 3 -based power electronics. ①まず、デプレッションモード、ノーマリーオンである。 ②アクセプタはリガンドのNでディープアクセプタである。

  2. これがノーマリーオフ(2021年6月):株式会社ノベルクリスタルテクノロジー(埼玉県狭山市、代表取締役社長 倉又朗人)は、防衛装備庁が実施する安全保障技術研究推進制度(JPJ004596)の支援を受け、高耐圧の酸化ガリウム縦型ノーマリオフ MOS トランジスタ※1の基本構造の開発に成功しました。本成果を用いて酸化ガリウムパワートランジスタの開発を加速します。

  3. 図 1 に、今回開発した酸化ガリウム縦型 MOS トランジスタの断面構造を示します。開発したトランジスタの特徴は、・・・

  4. メサ幅をサブミクロン以下に狭めることで p 型導電層を用いずにノーマリオフ化ができる FinFET構造

  5. ゲート絶縁膜内の電界強度を弱めるための高誘電率酸化ハフニウム(HfO2)絶縁膜 厚くできるってこと。

  6. 新規に開発した高品質・厚膜エピタキシャル成長技術を用いて形成した低ドナー濃度(4×10^15 cm-3)、厚膜(40 μm)の高耐圧ドリフト層を採用している点です。

  7. 一方、ドレイン電流-ゲート電圧特性に 0.2 V 程度のヒステリシスがみられており、今後 MOS ゲート界面の改善が必要であることもわかりました。 これ、2013年に、α型をやっているところに予想して指摘してやったのだが、わからなかったらしい(笑)。年収300万円で特許調査をやらんかと言われたので当然断った(笑) -- 800万超が4年続いて気に食わんから転職しようとしてんのに300万って(笑)。これで日本企業で働くのを辞めようと思いました。ところで、当然だがβ型のほうが筋は良い。

メサ型がいかんというわけではないんだが・・・この時のメサ加工底面の酸化ガリウムドリフト層中の最大電界強度を見積もると 2.5 MV/cm になります。2 次元デバイスシミュレーションによれば、ゲート電極端にこの数倍の強度の電界集中が発生していることから、今後、電界集中を緩和する電極終端構造を導入することにより、更なる高耐圧化、低オン抵抗化が可能と考えています。
参考までに、【MOSFET】『横型構造』と『縦型構造』の違いと特徴について! (detail-infomation.com)

  1. 横型構造は、素子の表面の部分に電流が流れるため、オン抵抗が大きくなってしまいます。また高耐圧化も難しくなっています。しかし、横型構造のMOSFETは低容量特性([低入力容量Ciss、低ゲート入力電荷量Qg]、[低帰還容量Crss、低ゲート-ドレイン間電荷量Qgd])という特徴があり、特に帰還容量Crssが非常に小さくなっています。そのため、高周波電力増幅器等ではこの横型構造のMOSFETがよく用いられています。

  2. 縦型構造のMOSFETは、ソース(S)が上部にあり、ドレイン(D)が下部にあります。そのため、Nチャネル領域が形成されることによって、ドレイン(D)からソース(S)に縦方向に電流が流れるようになります。縦型構造もドレイン(D)→ソース(S)でも、ソース(S)→ドレイン(D)のどちらでも電流を流すことができます。横型構造のMOSFETと比較すると、縦型構造のMOSFETはチップ全体に電流を流すことができるため、電流密度が高くなります。その結果、オン抵抗が低くなります。したがって、スイッチング用途ではこの縦型構造のMOSFETの方がよく用いられています。しかし、横型構造のMOSFETと比較すると、入力容量Cissや帰還容量Crssが大きくなります。また、縦型は高耐圧化と低オン抵抗化に適した構造です。中/高耐圧(VDSS=200V以上の素子)の多くはこの縦型構造のMOSFETとなっています。

参考までに:【MOSFET】『プレーナ構造』と『トレンチ構造』の違いと特徴について! (detail-infomation.com)

  1. トレンチ構造よりも前に普及していたのがプレーナ構造です。上図に示すように、プレーナ構造は、ウエハの表面にゲートが付いた構造をしています。プレーナ構造は、ゲートを凹凸の少ない平坦面にできるため、安定した特性を維持できるのが特徴であり、また、低容量の高速スイッチングに適しています。しかし、ウエハの表面にチャネルが水平に形成されるため、チャネル長がセルサイズを制限します。チャネル長以下にセルサイズを小さくすることができないため、ひとつのセルサイズが大きくなってしまいます。また、MOSFETにドレインソース間電圧VDSを印加すると、P層とN-ドリフト層の間に空乏層ができるため、ドレイン電流IDの経路を狭めてしまいます。この空乏層によってドレイン電流を制限するのはJFETの原理と同様です。そのため、この空乏層による抵抗はJFET抵抗(接合型電界効果トランジスタ抵抗)と呼ばれています。すなわち、プレーナ構造は、オン抵抗を下げるために、セルを微細化すると、JFET抵抗が増加してしまうため、セルの微細化が困難となっています。

  2. 上図に示すように、トレンチ構造は、ウエハの表面から溝(トレンチ)を掘り、ゲート電極を埋め込んだ構造をしています。プレーナ構造ではウエハの表面にチャネルが水平に形成されていましたが、トレンチ構造ではチャネルが垂直に形成されてるため、セルの微細化が可能となります。その結果、セルを沢山並べることができるため、オン抵抗を小さくすることができ、より多くの電流を流すことが可能となります。また、トレンチ構造は構造上、JFETが存在しません。

あ、やっぱり諦めてました(笑)。代わりのはうまくいったみたいね:世界初 酸化ガリウム反転型DI-MOSトランジスタを試作 | 株式会社ノベルクリスタルテクノロジー (novelcrystal.co.jp) 2022年9月

図1 長チャネル横型トランジスタの断面構造図とMOSチャネル移動度
図2 β-Ga2O3 DI-MOSトランジスタの構造断面図と静特性
  1. これまでノーマリオフβ-Ga2O3トランジスタは、p型導電層技術が未確立のためp型層を必要としないFin構造を用いていました。しかしながら、Fin構造は0.4 μm以下の微細構造を寸法制御良く形成する必要があり、4インチ、6インチラインの量産用のステッパ露光装置3、及びドライエッチング装置用いて電流 数十A、チップサイズ 数mm角の大型素子を歩留良く作製するのは困難でした。 これに対し(株)ノベルクリスタルテクノロジーでは、従来のステッパ露光装置、ドライエッチング装置を用いても加工寸法的に歩留良く作製可能な反転MOSチャネル構造の開発を進めてきました。今回、技術的に未確立なβ-Ga2O3 p型導電層の代わりに、アクセプタ不純物の窒素(N)をイオン注入、活性化熱処理工程を経て添加した高抵抗β-Ga2O3層をウエル層に用いることを検討しました。作製した移動度評価用の長チャネル(LCH=100 μm)横型トランジスタは、Fin構造では実現できなかった高いしきい値電圧6.2 VとSiCと比較して高いMOSチャネル移動度52 cm2/Vsを示しました(図1)。

  2. さらにこのプロセスを用いて作製した反転型DI-MOSトランジスタ(図2)では、N+イオン注入濃度1×18 cm-3でしきい値電圧6.6V、N+イオン注入濃度を3×18 cm-3以上に高くするとオフ耐圧1.1 kVを確認しました(図3)。今回の検討で、N+イオン注入した高抵抗β-Ga2O3層がp型導電層と同じようにしきい値電圧制御層、電流ブロック層として働くことがわかりました。また、今回試作したDI-MOSFETのチャネル長※15は10 μmと大きく、オン抵抗は153 mΩcm2と高い値でしたが、ステッパ露光装置を用いた素子の微細化により10 mΩcm2以下の特性が得られると期待しています。新規に開発したDI-MOSFETデバイス及びプロセスにより4-6インチ量産ラインを活用した大型素子の開発が可能となり、低損失β-Ga2O3パワートランジスタの開発が大きく進むことが期待できます。

  3. まあ、期待できるかもしれんね。

高周波用の横型はまあ有望かも(家電用とかじゃつまらんしね):極限環境で利用可能な無線通信向け酸化ガリウムトランジスタを開発 | 情報通信研究機構 広報部のプレスリリース | 共同通信PRワイヤー (kyodonewsprwire.jp) 2020年12月

  1. 国立研究開発法人情報通信研究機構(NICT、理事長: 徳田 英幸)は、未来ICT研究所 グリーンICTデバイス先端開発センターにおいて、優れた高周波デバイス特性を有する無線通信向けの酸化ガリウムトランジスタを開発し、世界最高の最大発振周波数27 GHzを達成しました。 これまで、酸化ガリウムトランジスタは、パワーデバイス用途が知られており、無線通信用途の研究はほとんど行われていませんでした。しかし、酸化ガリウムトランジスタは、材料特性上、高温、放射線、腐食などに対して高い耐性を持つことから、従来の半導体デバイスでは著しい性能劣化のために継続的な使用が難しかった極限環境下での無線通信機器への応用が期待されます。 無線通信では、実用周波数に対して少なくとも2-3倍の最大発振周波数が必要です。今回、NICTは、最大発振周波数27 GHzを達成し、無線通信に広く用いられる1-10 GHz程度の周波数帯で、酸化ガリウムトランジスタが利用可能であることを世界で初めて実証しました。本成果は、極限環境に留まらず、宇宙、地下資源探査など半導体デバイス未踏の領域での高度な情報通信技術の実現へ向けて大きく進展させるものです。 なお、本成果は、2020年12月21日(月)に、米国科学雑誌「Applied Physics Letters」に掲載されます。

ナトリウムイオン電池については何度も書いているので割愛。ToshibaのSCiBのようなものをナトリウムイオン電池にするのだったらアリかも知れんけど。

[20] 中国の稼働中半導体ファブは44、さらに33ファブが建設中か検討中 TrendForce調べ | TECH+(テックプラス) (mynavi.jp)

  1. 半導体市場調査会社である台湾TrendForceによると、 現在、中国本土には44つの半導体ファブが稼働しているという。内訳は300mmが25つ、200mmが15つ、150mmが4つで、このほか一時的に7つのファブが稼働を停止しているという。また、23つのファブが建設中で、こちらの内訳は300mmが15つ、200mmが8つとなっているほか、10つのファブ(300mmが9つ、200mmが1つ)の建設が計画されているともしている。これら新設される半導体ファブのすべてが28nm以上の成熟プロセスによるもので、2027年には世界の成熟プロセスに占める中国ファブの割合は1/3まで拡大するとTrendForceでは予測している。

  2. 微細加工最先端品はデカップリングのため(AI技術をはじめとする情報技術が軍事技術のコアテクノロジーとなるためデカップリングは必要)苦しいと思うが、それ以外はまあまあ行けると見ている。最先端ではないが7 nmも歩留まりは悪いはずと言われながらもかなりの数生産している。中国でできることを考えるうえで非常に重要な情報である。

  3. パワー半導体は家電、BEVが有るのでデカップリングしないほうが良いと見ていたが、最近は最先端品はデカップリングすべきかもしれないと思うようになった。ダイアモンドはまだ放熱性絶縁体として使用されているくらいだが、半導体として実用的なレベルになればこれがターゲットになるだろう。ガリウムはcountermeasureとして輸出規制されてしまっているため妥協が必要かもしれないと見ている。

  4. 地域別にみると、上海、無錫、北京、合肥、成都、深センなどの都市にかなり集中している。また、生産能力に関しては、300mmファブの月間生産能力が約118万9000枚で、これらファブの当初計画の最大生産能力が約217万枚である点を踏まえると、計画の55%ほどとまだ拡張の余地があると見られている。さらに、建設中および計画中の24ファブの月産生産能力が約222万枚ほどで、これらすべての300mmファブがフル稼働をすると仮定すると、少なくとも2026年末までに月産生産能力は現在の248%増となる414万枚ほどにまで増加することが見込まれるとする。

  5. なお、米国半導体工業会(SIA)が、Huaweiが資金提供をしている別会社名義の半導体メーカーである鵬芯微(PXW)、鵬新旭技術(PST)、昇維旭技術(SwaySure)の3社が巨大な半導体ファブを建設中であること報告しているが、これら3社のファブについては、今回のTrendForceの調査リストには含まれていないことから、こうした公になっていない半導体ファブも中国では建設が複数進められているものと見られ、実際の中国の半導体ファブ数はもっと多いものと思われる。


深圳のHuawei系半導体工場建設に少なくとも4社の台湾企業が参画、海外メディア報道 | TECH+(テックプラス) (mynavi.jp)

  1. Huaweiは2022年に、自社での半導体生産の実現に向け、中国中央政府と深圳市地方政府から総額300億ドルの資金を調達したものと推測され、深圳市で複数の半導体工場をHuaweiとは別の名義で建設を進めていると噂されている。こうしたHuawei系の半導体工場の建設やインフラの整備に複数の台湾企業が協力している模様であると米国の経済メディアBloombergが報じている。

  2. 深圳市で建設中のHuaweiの別名義半導体メーカーは、鵬芯微(PXW)、鵬新旭技術(PST)、昇維旭技術(SwaySure)の3社であることが米国半導体工業会(SIA)より指摘されており、Bloombergによると、台湾の半導体材料販売会社である崇越科技やエンジニアリングサービス企業の漢唐集成、台湾矽科宏晟科技、L&Kエンジニアリングの中国子会社などが、化学供給システムや排水処理などに関する契約を結んでいる模様である。

  3. 例えば崇越科技の中国子会社は鵬芯微との廃水処理契約を締結している模様であるが、環境プロジェクトは米国の制裁で禁止されていないと説明しているという。崇越科技も鵬芯微との契約に、半導体製造装置や材料は供給はないとしている。また、漢唐集成は昇維旭技術の内装改修工事を受注したが建設業でもありウェハ関連製品や設備の製造・輸出も行っておらず、輸出管理規定に抵触することはないと説明しているという。

  4. 難しい米政府の制裁規則に抵触するかどうかの判断 こうした海外企業の米国の規制対象企業への関与が米政府が打ち出している制裁規則に抵触するかどうかの判断は難しいといえる。米国の制裁は、必ずしもすべての中国企業との取引を禁止しておらず、米国由来の先端技術の輸出を規制しているに過ぎない。そのため、海外企業が何を中国に持ち込んでいるか正確に把握しない限りルールに反しているかの判断ができないためである。台湾政府経済部(日本の経済産業省に相当)は、今回報じられた台湾企業4社の調査を行い、4社が中国に持ち込んでいる機器や技術が米国の規制対象のものかどうか精査するとしている。

  5. こうしたBloombergの報道に対して、台湾のDigitimesは、複数の台湾企業の「米国の規制に違反することはしていない」との談話を掲載した上で、「米国の対中半導体輸出規制と何の関係もない台湾のエンジニアリングサービスサプライヤに対して(米国が)何かを言うべきではない。もしもこれらの4社が中国顧客との取引を禁止されるようなことがあれば、他の台湾企業のほとんど、さらには日韓欧米の企業なども同様な扱いを受けることになる」との台湾業界関係者の声を掲載している。

  6. 中国にまもなく巨大IDMが誕生か? なお、Huaweiは今回報道された深圳市の別名義3工場に加え、山東省のパワー半導体メーカーQingdao Si'En(芯恩集成電路)と福建省のDRAMメーカーFujian Jinhua(JHICC)をHuaweiとは別名義で買収したとも噂されており、これらの5工場が稼働すれば、Huaweiはグループとしてロジック/マイコン、RF、DRAM、イメージセンサ、パワーデバイス、光半導体など多様な半導体の設計から製造までを手掛ける世界有数のIDMとなる可能性がある。同社は、深圳での量産工場建設の前段階として、以前から上海の別名義(上海市の外郭組織)の試作ラインで半導体の試作を行ってきた経験を有している。また、日本のデバイスメーカーや製造装置、材料メーカー、自動車メーカーなどから多数の技術者を招き入れているとも言われている。

  7. 台湾はともかく、日本人が中国に渡ることに個人的には反対しない -- 打倒日米を心に決めている奴も少なくないだろうし(笑)。韓国人が打倒韓国を心に決めるってのも理解はできる。

[21] ソニー系が赤外線イメージセンサー新製品、半導体の微細化や3D実装で需要 | 日経クロステック(xTECH) (nikkei.com)

  1. 中国もかなりできるようになっているが、ソニーも未だシェアは高い。安全保障上、生産能力を維持することは有効だろう。

  2. ソニーグループ(ソニーG)傘下のソニーセミコンダクタソリューションズ(SSS)は、約532万画素の赤外線イメージセンサーを開発した。同社従来品に比べて、約4倍の画素数である。半導体の微細化や3次元(3D)化で高解像度の赤外線イメージセンサーが求められており、その需要に応える。加えて、食品検査、異物検査など幅広い産業用途に向ける。2024年2月にサンプル出荷する予定だ。SSSは赤外線イメージセンサーとして現在、有効画素数が約34万と約134万の製品を持つ。今回新たに、有効画素数が532万と321万の製品をラインアップに加える。134万画素品は既に赤外線イメージセンサーの中でも多い画素数だが、さらなる多画素化によってより細かな検査を可能にする。 例えば半導体分野では、シリコン(Si)ウエハーの貼り合わせ工程や欠陥検査の工程で利用する。微細化の進展や3D実装の増加に伴い、より多画素の赤外線イメージセンサーを求める声が高まり、今回の製品化に踏み切ったという。

by T. H.



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[1] Materials/Electronics

  1. Fermi Level (2018).

  2. Vacuum Polarization, Polaron, and Polariton (2018).

  3. Current Status on ReRAM & FTJ (2023).

  4. Fermi Level 2 (2023).

  5. Vacuum Polarization, Polaron, and Polariton 2 (2023).

[2] Electrochemistry/Transportation/Stationary Energy Storage

  1. Electrochemical Impedance Analysis for Li-ion Batteries (2018).

  2. Electrochemical Impedance Analysis for Fuel Cell (2020).

  3. Progresses on Sulfide-Based All Solid-State Li-ion Batteries (2023).

  4. 国内電池関連学会動向 (2023)

[3] Power Generation/Consumption

  1. Electric-Power Generation, Power Consumption, and Thermal Control (2020).

  2. H2 & NH3 Combustion Technologies (2020).

[4] Life

  1. Home Appliances I (2021).

  2. Home Appliances II (2021).

[5] Life Ver. 2

  1. Human Augmentation (2021).

  2. Vehicle Electrification & Renewable Energy Shift I-LXXXI (2022).

[6] 経済/民主主義

  1. 経済/民主主義 I-LIX (2023).

  2. 記事抜粋1-108 (2023).


Published Articles' List (2004-2005, 2008-2011, 2015)

  1. Toru HARA | Confidential | Doctor of Engineering | Research profile (researchgate.net)

  2. Toru Hara, Doctor of Engineering - Google Scholar

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