佐藤信太郎。 キヤノン:キヤノンギャラリー 佐藤信太郎写真展:The spirit of the place

次世代の半導体デバイスを支える新材料「グラフェンナノリボン」とは?

佐藤信太郎

スマートフォンをはじめ、あらゆる電子機器に組み込まれている半導体デバイスは、私たちの日常生活に欠かせないものになっている。 技術者たちはこの数十年間、半導体デバイスの微細化を進めることで、常にその性能を向上させてきており、現在では数10nmの領域を制御できるようになったという。 しかし、原子の大きさが有限である以上、この微細化競争がいつまでも続くわけではない。 これからの半導体デバイスは、どのような方針で開発されていくのだろうか。 今回、富士通研究所の佐藤信太郎主管研究員に、次世代の半導体デバイスの有力候補である「グラフェンナノリボン」について、詳しくお話を伺った。 ——半導体産業の現状について教えてください。 「半導体の集積密度は1. 5年ごとに2倍になるであろう」というムーアの法則に従うかたちで、特に1990年代のはじめから30年弱で、半導体産業は大きく成長しました。 しかし、次の30年はどうでしょうか。 実は、同じように成長できる技術的根拠がなくなってきたため、これまでほどには発展しないだろうと言われています。 微細化が進められてきたことにより、現在は数10nmのサイズの半導体デバイスが実現しているのですが、これ以上進めると微細化の弊害が出てしまうのです。 ——どのような弊害が出るのでしょうか。 たとえば、代表的な半導体デバイスであるトランジスタは、ゲートに電圧をかけることで電気を流すか流さないかのON/OFFを制御するのですが、ON/OFF時には、トランジスタそれぞれに流れる電流の比を4桁以上にしなければなりません。 つまり、ONのときに1A流れたとすると、OFFのときには0. 1mA以下でなければならないということです。 このまま微細化が進むと、さまざまな理由により漏れ電流が発生するため、この比を4桁以上にすることができなくなります。 もしこのトランジスタを実装したとすると、動作させていない状態のスマートフォンに電気が流れてしまい、電池がドンドン消耗するというようなことが起きてしまいます。 何かしらの技術でこの問題を防げたとしても、半導体デバイスを原子のサイズである0. 2nm程度より小さくすることは不可能ですので、現在の方向性ではどこかで行き詰まってしまうのです。 技術者たちは、次の一手をどうすべきなのか日々考えています。 ——たとえば、どのような解決方法が試されているのでしょうか。 ひとつは、シリコン以外の材料を使う方法です。 これまで主に利用してきたシリコンに比べると、GaAsやInGaAsのように2種以上の原子が結合してできる「化合物半導体」は、同じ電界をかけたときに電子がより速く移動できる、つまり移動度が高いため、それらを用いた半導体デバイスを作ろうとしています。 また、私の研究対象でもある「ナノカーボン材料」を使った開発も進められています。 ——ナノカーボン材料には、どのようなものがあるのでしょうか。 たとえば、炭素が六角形の構造を作り平面状に広がったものを「グラフェン」、その構造が三次元的に重なったものを「グラファイト」と言います。 また、炭素が正四面体構造で結合したものは「ダイヤモンド」で、まったく電気を通さなくなります。 両者ともカーボンからできているのに、一方では電気を通して他方では電気を通しません。 同じカーボンなのに構造が違うだけで性質が違うんですね。 ——面白い特性を持つのですね。 ナノカーボン材料は、半導体のどの部分に使われるのでしょうか。 たとえば、半導体チップに搭載された配線には、主に銅が使われています。 微細化に伴い配線幅は狭くなるのですが、細くなると断線のリスクが高くなってしまいます。 その点ナノカーボン材料は、電流密度を銅より3桁増やしても壊れない特性を持つので、銅の代替品として使うことができます。 ——銅よりも丈夫であるということですね。 他の特徴があれば教えてください。 移動度も大きく違いますね。 移動度が大きければ大きい材料ほどその内部で電子が速く動けるのですが、シリコンと比べるとナノカーボン材料の移動度は100倍程度大きくなるので、そのぶん性能は上がります。 また、熱伝導度も銅の10倍くらい高く、熱を溜めにくい特徴も持ちます。 材料の特性としては言うことなしなのですが、今の原理の延長で半導体デバイスを作ろうとすると、やはり行き詰まるので、材料だけではなく異なる動作原理も追求していかなければなりません。 ——異なる動作原理というのは、どういう意味でしょうか。 ノーベル物理学賞を受賞された江崎玲於奈さんが、既存のダイオードの動作原理とは異なる「トンネルダイオード」を発見されたように、現在一般的に使われている半導体デバイスとは異なる動作原理のものを探していかなくてはならないということです。 まだ結果は出ていないのですが、私は現在、ナノカーボン材料の持つ特性を利用した新しい動作原理を模索しています。 たとえば、グラフェンをぐるりと巻いて作る「カーボンナノチューブ」は、巻き方によって半導体になったり金属になったりします。 また、グラフェンを細いリボン状に切り取った「グラフェンナノリボン」は、やはり半導体になりますが、その幅によりバンドギャップが異なるという不思議な特徴を持ちます。 このような特徴はナノカーボン材料ならではもので、他の材料にはありません。 ——グラフェンがあれば、さまざまな半導体デバイスを作れるようになるということですね。 そうですね。 半導体チップにはシリコンが、超高周波デバイスなどには化合物半導体が、車体にはシリコンカーバイドやガリウムナイトライドのように、バンドギャップの大きな別の材料が使われています。 ナノカーボン材料を使えば、その構造や幅を変えるだけで、バンドギャップの大きな材料から小さな材料まで作れてしまうということです。 ここがナノカーボン材料のすごいところです。 さらにナノカーボン材料の他の特性を使った、新原理デバイスの探求も進めています。 ——逆に、ナノカーボン材料を使うデメリットはあるのでしょうか。 材料としては期待十分なのですが、大量生産のための技術が追いついていないことは課題です。 たとえば、グラフェンの厚みはたかだか原子一層分です。 ですので、少しでも汚れがついてしまうと、材料の特性に影響が出てしまいます。 また、カーボンナノチューブを大量生産できる工場はあるのですが、その巻きかたまでは制御できていません。 つまり、大量生産すると金属と半導体が混ざってできてしまうんですね。 ただ、シリコンを用いた半導体デバイスがはじめてできたときにも、多くの課題がありました。 このような課題は、実用化が進みさまざまな人たちが関わるようになることで、自然と解決されていくように思います。 ——佐藤研究員の研究する「グラフェンナノリボン」について、詳しく教えてください。 ナノリボンを作るには、グラフェンを1nmの幅に切る技術が必要です。 これがなかなか難しいんです。 はじめ技術者たちは、ナノリボンを通常の半導体製造工程である「トップダウンプロセス」で作ろうとしました。 直感的なイメージとしては、グラフェンにプラズマなどを照射して不必要な部分を取り除き、ナノリボンを作るということになります。 ただ、この方法では、リボンの側面の原子が欠損するなどの凹凸が生じて、側面が水素で終端する綺麗なナノリボンを作ることはできませんでした。 ——大きなものから小さいものを取り出すような方法では、限界があったということですね。 そこで私たちは、ナノリボンを「ボトムアッププロセス」で作ろうと考えました。 最初は海外の研究機関で試みられたのですが、たとえばまず3つの六員環の中央に臭素が結合した化合物を、有機化学合成により作ります。 そして、その化合物を真空室で蒸発させて、金の基板に付加します。 それを200度近くまで加熱すると臭素が取れて、取れた臭素の部分がつながって、ポリマー化します。 このとき、六員環を構成する他の炭素には水素が結合しているため、臭素が外れたところどうしが互いに結合しているということになります。 さらに400度近くまで加熱すると、水素が外れて外れた部位同士が結合し、綺麗なナノリボンが完成します。 口で言うと簡単なのですが、臭素を付加した適当な前駆体を作ったり、第一原理計算と並行して作成プロセスを考えたりなど、実際には大変な作業ですね。 ——現在ナノリボンの研究は、どれくらい進んでいるのでしょうか。 これまでは、3つの六員環をもとにナノリボンを作ってきたのですが、現在はさらに幅の広いものを作ろうとしています。 ナノリボンの幅が変わればバンドギャップも変わるので、さまざまなデバイスを作ることができるんです。 ナノチューブよりもバンドギャップを制御しやすい点が、ナノリボンの重要な特徴です。 また、ナノリボンの終端原子を他の元素に変えるという研究も進めています。 ナノリボンのエッジに違う元素を接合することができれば、半導体のPN接合のようなものをナノリボンで実現できます。 いろいろな特性を持つナノリボンを作り、それらを接合することで、新しいデバイスを作る。 ナノリボンを面白さのひとつは、この「エッジの自由度」にあると思うんですよね。 ——最後に、これからの目標について教えてください。 ナノリボンの基礎研究に加えて、ナノカーボン材料を用いて、センサーや高周波デバイスなどの個別デバイスを開発することが、当面の目標です。 実際に私たちは、トランジスタのゲート部分をグラフェンに置き換え、グラフェンの仕事関数の変化を調べることで、特定のガスを高精度に測定できるセンサーとして機能するデバイスを開発しました。 また、理論的にも水素エッジとフッ素エッジを組み合わせたナノリボンから、特性の良いダイオードができることを予測しました。 海外の研究機関においても面白い結果が出てきており、研究は着実に前進しています。 半導体チップに個別デバイスを仕込んでいくという話になると、半導体会社の戦略の問題もあるため、なかなか簡単にはいきません。 これは、10年規模の計画になるでしょうね。 ただ、企業の研究者としては、材料を作って終わりということではなく、常にデバイス化を見据えた研究を進めていきたいと考えています。 佐藤信太郎主管研究員略歴 株式会社富士通研究所デバイス&マテリアル研究所主管研究員。 1990年筑波大学大学院理工学研究科修士課程修了。 ウシオ電機㈱を経て、2001年米国ミネソタ大学大学院博士課程機械工学研究科修了、博士(工学)。 同年富士通㈱入社。 2002年より㈱富士通研究所研究員、2007年主任研究員、2014年主管研究員となり現在に至る。 2006-2010年㈱半導体先端テクノロジーズ兼務。 2010-2014年最先端研究開発支援プログラム参加のため産業技術総合研究所に出向。 主な研究分野はナノカーボン・二次元材料の合成・評価とその電子デバイス応用。

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佐藤信太郎作品展「The Origin of Tokyo」

佐藤信太郎

自然光と人工光が妖しく混ざりあう、東京の最も美しい表情がここにある ビルの非常階段から東京の街を撮影する著者nによる待望の作品集。 黄昏に浮かび上がる雑然とした町並み、さまざまな表情。 新しいものと古いものが同時にうごめき、最も美しい姿を現す瞬間。 大都市東京から放たれる底知れぬエネルギーを、幻惑的かつリアリティにとらえた快作。 街を歩き回り場所を見つけるといった肉体の運動を通して初めて獲得できるパーソナルな視点であり、高さも10階前後の中途半端な高さのため、街を見下ろすというより、水平に対峙して見る感じになる。 ……非常階段の多くは裏通りに面しているため、東京の裏の顔が見えてくる。 誰も来ない忘れ去られた階段から見た東京の裏風景はエロチックで、 撮影のたびにいつも興奮させられる一方で、自分は東京の風景を見ているつもりで実は何も知らない、ということに気づかされる。 佐藤信太郎 千葉市芸術文化新人賞、日本写真協会賞新人賞受賞。 しかもそれは一人で向き合う壮大さである。 歌とか口笛とか口ずさんで、体の内側から音を出して、自分を確認してみたくなるんじゃないかと思う。 無機質に見えるのに、人恋しさを含んだ懐かしさのある風景。 無数に散らばる小さな光の窓の中に、 数え切れないほどの人の営みがあって、それが満天の星のように地平線の遥か彼方まで連なっている。 不思議に温度感のある写真だ。 ところがこの作品の中の東京はその無機的な風景にほのかな温もり、ノスタルジックな哀愁を街自体が放っているのです。 まるでバンコクのチャイナタウン、台湾の下町の様に。 そこに写し取られている街は大資本が投下されマスコミが注目し『住みたい町』にランキングされる様な処ではないのですがその忘れ去られた町々がひっそりと仄かに夕暮れのなかで静かに温かい輝きに包まれている姿を見させてくれる本作は奇跡的な傑作としか言いようがありません。

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佐藤信太郎作品展「The Origin of Tokyo」

佐藤信太郎

このたび、2019年6月25日 火 〜7月13日 土 まで、佐藤信太郎 写真展「Geography」をコミュニケーションギャラリーふげん社にて開催します。 佐藤信太郎は、1969年生まれの写真家で、東京の街をテーマに制作を続けています。 90年代後半に繁華街を撮影したシリーズ「夜光」、非常階段という独自の視点から東京の夕景を撮影したシリーズ「非常階段東京」、そして東京スカイツリーの建設によって変わりゆく街の風景を捉えた「東京|天空樹 Risen in the East」などの作品で知られています。 佐藤は、変わり続ける都市の表層を写しながらも、街そのもの骨格や根底に流れるダイナミズムを浮き彫りにするという一貫したテーマで制作し続けています。 高度なデジタル技術で複数の画像をつなぎ合わせ、隅々までピントが合った佐藤の作品は、奥行きのない平面的な印象を受け、現代の浮世絵とも称されます。 平面を平面のまま撮るというシンプルな手法で撮影された本作は、佐藤の原点ともいえるでしょう。 距離感がつかめずミクロにもマクロにも見える可変的なイメージは、都市の深層に潜む静かな時間の流れや、東京の都市形成に大きく作用している地形の存在を感じさせます。 本展では、アーカイバルピグメントプリント6点を展示いたします。 なお、同名の写真集をふげん社から刊行いたします。 収録テキストは写真評論家の飯沢耕太郎さん、造本設計は町口覚さんです。 オリンピックが翌年に迫り、世界的な注目が集まる東京。 技術の進歩でグローバル化とヴァーチャル化が進む中、足元にある地面を意識して歩くことが、どれくらいあるでしょうか。 本展をとおして、東京という大都市の質量を体感していただければ幸いです。 6月25日以降、順次発送いたします。 当時は写真の平面性にこだわっており、視線が奥へ行かない、紙の表面でストップしてしまうような写真を撮っていた。 最初は都市を、望遠レンズを使って平面的に、遠近感がなくなる様に撮っていたが、最終的には平面をそのまま平面的に撮るという単純な方法に行き着いた。 撮影した場所は、東京湾岸の埋め立て地にある舗装していない巨大な空き地で、現在はショッピングモールが建っている。 何もない所だったが、エメラルドグリーンに変色した水たまりには渡り鳥が集まっていて、砂利の中に卵を産んでいた。 当時流行っていたニュー・トポグラフィクスの影響もあり、広大で空っぽな空間を撮影している時、その場所の一部に鉱物質な地面がある事に気づいた。 金属的で所々が錆びており、石灰のような物質が表面に浮いているのがおもしろかった。 フラットに光がまわる明るい曇りの日を選び、影が出ないようにした。 そして、表現する要素を出来るだけ少なくすることで逆に様々なイメージが生まれる写真にしようと思った。 この写真を見ていると作者でも距離感がよくわからなくなる。 都市の下にある地面がそのまま、都市を上から見た衛星写真のようなイメージに変わる。 埋立地の地面がどこかの惑星の表面のようにも見えてくる。 遠近法を否定した、ただの平面が様々な距離やイメージの揺らぎを生み出している。 その後、主に東京をテーマに都市風景を撮影し続けているが、一見何の関係もないこの作品は、都市の底にある地形に対する関心、密度や細部に対するこだわりなど、現在の自分の作品にどこか繋がっているように感じている。 1992年、東京綜合写真専門学校卒業。 1995年に早稲田大学第一文学部を卒業し共同通信社に入社。 2002年よりフリーの写真家として活動する。 「土地の持つ性格や歴史、人の営みと、そこから現れる特有の雰囲気(ゲニウス・ロキ、地霊)」をテーマに、生き物のように変貌する都市を捉えた独特の作品を発表している。 2012年に林忠彦賞、2009年に日本写真協会賞新人賞を受賞。 『The origin of Tokyo』 P. , 2019 、『The spirit of the place』 キヤノンギャラリーS, 2014 、『東京・TOKYO 日本の新進作家 vol. 13』(東京都写真美術館, 2016 、など、国内外で個展、グループ展を多数開催。 写真集に『非常階段東京 THE ORIGIN OF TOKYO』、『夜光』、『東京|天空樹 Risen in the East』、『非常階段東京 -TOKYO TWILIGHT ZONE-』(いずれも青幻舎)などがある。 ぜひ足をお運び下さい。 ご予約は電話とメールで承っております。 TEL:03-6264-3665 Mail:event fugensha. jp 【ゲストプロフィール】 飯沢耕太郎 写真評論家。 きのこ文学研究家。 1954年、宮城県生まれ。 1977年、日本大学芸術学部写真学科卒業。 1984年、筑波大学大学院芸術学研究科博士課程修了。 主な著書に『写真美術館へようこそ』(講談社現代新書1996)、『デジグラフィ』(中央公論新社 2004)、『きのこ文学大全』(平凡社新書 2008)、『写真的思考』(河出ブックス 2009)、『キーワードで読む現代日本写真』(フィルムアート社 2017)、『きのこ文学ワンダーランド』(DU BOOKS 2013)などがある。 町口覚 1971年東京都生まれ。 デザイン事務所「マッチアンドカンパニー」主宰。 森山大道、蜷川実花、大森克己、佐内正史、野村佐紀子、荒木経惟などの写真集をはじめ、映画・演劇・展覧会のグラフィックデザイン、文芸作品の装丁などを幅広く手掛け、常に表現者たちと徹底的に向き合い、独自の姿勢でものづくりに取り組んでいる。 2005年、自ら写真集を出版・流通させることに挑戦するため、写真集レーベル「M」を立ち上げると同時に、写真集販売会社「bookshop M」を設立。 2009年・2015年に造本装幀コンクール経済産業大臣賞、2014年東京TDC賞など国内外の受賞多数。 jp This series of photographs that I took during the winter of 1992 is the work that can be regarded as my starting point as a photographer. At the beginning, I photographed the cityscapes planarly with a telephoto lens so that they would lose their sense of distance or perspective. However, in the end, I settled on a simple way of photographing flat surfaces planarly just as they are. The place where I took these photographs was a huge unpaved vacant lot of reclaimed land near the coast of Tokyo Bay, where a shopping mall now stands. It was just an open place without anything, but migratory birds were gathered around puddles that changed to emerald green and were laying their eggs in the gravel. Under the influence of the New Topographics, which was trendy at the time, I noticed while I was photographing this huge empty space that there were minerals on the ground in some parts of the site. It was interesting for me that the ground was metallic and rusted in several areas and that a material resembling lime was floating on the surface. I selected bright cloudy days when the light would spread out flatly in order to avoid the production of shadows. Moreover, I intended to produce photographs that generated various images by minimizing the elements expressed as much as possible. Looking at these photographs today, even their producer has come to lose his sense of distance. The ground below the city is transformed into something resembling a satellite image of the city seen from high above, while the ground of the reclaimed land begins to look like the surface of some other planet. By neglecting perspective, the mere flat plane generates a sense of various distances and image fluctuations. Since taking these photos, I have continued photographing cityscapes mainly on the theme of Tokyo, and I feel that this series, while apparently having no relation to that theme, remains somehow linked to my present works in terms of my interest in the topography underlying the city as well as my commitment to density and to details. He graduated from the Tokyo College of Photography in 1992. He joined Kyodo News as a staff photographer after graduating from the Faculty of Letters, Arts and Sciences at Waseda University in 1995, and he has worked as a freelance photographer since 2002. His works have been shown at exhibitions in Japan and abroad, including The Origin of Tokyo P. , 2019 , The Spirit of the Place Canon Gallery S, 2014 , and Tokyo Tokyo and TOKYO — Contemporary Japanese Photography vol. 13 Tokyo Photographic Art Museum, 2016. He is the author of several photography books, including The Origin of Tokyo 2019 , Night Lights 2014 , Risen in the East 2011 , and Tokyo Twilight Zone 2008 , published by Seigensha Art Publishing, Inc.

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