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透明半導体新素材を計算だけで見つける

空想科学(SF)映画の中の透明ディスプレイの実現を早める透明半導体素材の候補を、コンピュータ計算だけで迅速かつ正確に見つける技術を、韓国研究チームが開発した。

イム・ガンフン韓国エネルギー技術研究院博士とユン・ヨン・ソウル大学材料工学部研究員チームは、透明な半導体を作る素材を簡単に選別できる新しい物理学的特性を発見し、これを実験なしに「量子計算」というコンピュータの計算手法だけで調べる技術を開発した。研究結果は、材料分野の国際学術誌「計算材料」の4月3日付けで発表された。透明半導体は、スマート機器のタッチパネル、広告ディスプレイ、発光ダイオード(LED)、太陽光パネルなど、あまねく活用できるものと期待を集めている。透明なディスプレイを作るためには、透明な半導体とバッテリーなども開発しなければならないからだ。

研究チームは、透明でありながら性能の優れた半導体素材を見つけるための「選別基準」を先に探索した。その結果、電気がよく流れる性質(電気伝導度)が半導体性能に重大な影響を与えることを突き止めた。研究チームは、再び電気伝導度に影響を与える根本要因を探索して、物質内で不純物を形成する性質(水素不純物形成エネルギー)を知れば、その素材の電気伝導度と半導体としての性能を正確に予測できることを発見した。研究チームは、実際に透明半導体候補材料の不純物形成情報を集めて電気伝導度を計算し、高い精度で候補物質を見つけられることを突き止めた。
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現在、パソコンやテレビの多くは液晶となり、これらに使用されるTFT(薄膜トランジスター)パネルの世界市場は10兆円規模にも上るとされている。だが、これほどの大きな市場を支え、現在のTFT液晶に主に使用されている「アモルファスシリコン半導体」にはさまざまな問題がある。今後さらに高機能化していく技術に半導体の性能が追いつかないのだ。

そこで注目されたのが、細野秀雄教授がERATO、SORSTで開発した「透明アモルファス酸化物半導体(TAOS)」である。その物質の1つであり、細野教授のグループによるIn-Ga-Zn-O(インジウム・ガリウム・亜鉛からなる酸化物)を用いたTFT(以下、IGZO-TFT※ )の発明により、国内外の企業が実用化研究を加速させ、TFT液晶パネル開発は新たな世界へと進み始めたのである。

2011年5月には、これら一連の功績が認められ、Society for Information Display(SID)より「Jan Rajchman Prize」賞が贈られた。また2013年には、アモルファス半導体国際会議から「Mott Lecture Award」の栄誉が与えられた。「新たな地平を切り拓くのは、革新的な材料である」が持論の細野教授は、材料研究の重要性を世界に発信したのである。2016年、細野教授は「物質、材料、生産」分野で、「ナノ構造を活用した画期的な無機・電子機能物質・材料の創製」の業績を認められ、日本国際賞を受賞した。

TAOSはこれまでのアモルファスシリコン半導体と比較して、さまざまな利点がある。まずこれまでの最大50倍と言われる「電子移動度(モビリティ)」の高さ。3Dや大画面が求められるこれからのテレビに、これまでのアモルファスシリコン半導体の電子移動度では処理しきれないのだ。また、さまざまなデバイスが発表されるなか、今後はフレキシブルなTFTの開発も重要な意味を持つようになってきた。その点においてもフレキシブルな基板上に作製が可能なTAOSは有効であると言える。さらには、室温で薄膜作製ができるため、これまで以上のコストダウンも実現可能なことや、消費電力も低減されることから、まさに夢の材質として、世界中の企業の注目を集めたのである。

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[ 2018年04月24日 08:49 ] カテゴリ:韓国経済 | TB(0) | CM(0)
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