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ナノデバイスと材料
―21世紀のキーテクノロジー―


 半導体や磁気・光デバイスは近年の微細化に伴って、従来材料の物理的、性能的限界が見え始めています。これをブレークスルーするために、ナノスケールの超微細構造が有する特有な物性、プロセスを利用した革新的な材料とデバイスの創製が不可欠です。
 現在、ナノ薄膜、ナノ粒子・カーボンナノチューブ、などのさまざまなナノ材料の構造を制御して、高速・小型・高機能・低消費電力の次世代デバイスを作製する試みが活発化しています。またナノテクを活用した小型電池の高効率化に大きな期待が寄せられています。
 本書はナノデバイス、材料の開発動向について、詳細に述べたものです。


次世代半導体技術:Cu/ポーラスlowk膜、単電子トラジスタ及び、メモリ、MRAM
大容量高速通信フォトニックデバイス:量子ドット、光スイッチ、フォトニック結晶、シリコン発光素子など
テラビット級HDD磁気ディスク、光ディスク、高周波対応磁性電子部品など
次世代ディスプレイ:PDP、FEDおよび蛍光体
ナノ粒子、ナノペーストを用いた実装技術、コンデンサ材料、部品内蔵基板など
リチウム二次電池、色素増感太陽電池:新規ナノ電極材料による高容量化技術
メタノール燃料電池:メタノールを透過させない電解質膜、活性の高い貴金属ナノ粒子触媒電極、電解質膜−電極複合膜

    □体裁 A4版 570頁
    □価格 本体68,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2005年10月

章 目 次

第1章 ナノ構造体の創製とデバイス応用の現状
第2章 電子・光デバイスとナノ材料
第3章 ナノ磁気記録と磁性電子部品
第4章 半導体実装とナノ粒子、ナノペースト
第5章 電池とナノ材料


詳 細 目 次

 

第1章 ナノ構造体の創製とデバイス応用の現状
1
1.1 ナノテクノロジーが創る新産業 1
1.2 ナノテクノロジーの市場 2
1.3 ナノ材料と機能と応用 8
 1.3.1 ナノ材料の機能 8
  (1) ナノ粒子の機能 8
  (2) カーボンナノチューブの機能 11
  (3) ナノ構造制御により可能になる超集積、超機能、超敏感 12
 1.3.2 デバイス開発の現状 13
  (1) ネットワーク・ナノデバイス 14
   A.電子デバイス 14
   B.光デバイス 15
   C.次世代ディスプレイ 15
   D.磁気記録と磁性電子部品 16
   E.半導体実装 19
  (2) エネルギー 23
   A.光触媒 24
   B.リチウムイオン2次電地 24
   C.直接メタノール燃料電池(DMFC) 26
   D.色素増感太陽電池 28
1.4 ナノ構造体の創製 29
 1.4.1 トップダウンとボトムアップ 29
 1.4.2 薄膜によるナノ構造体 31
  (1) 塗布法を用いた金属ナノ粒子導電膜 31
  (2) 表面ゾルゲル法を用いたナノスケール酸化膜とナノコピー 32
  (3) 自己組織化単分子膜(SAM)の形成と機能付与、デバイス応用例 35
   A.SAMの高速形成技術(日本曹達) 35
   B.単分子膜・ナノ材料を利用した有機トランジスタの自己組織化作製法の開発(日立製作所) 36
 1.4.3 カーボンナノチューブと新規カーボンナノ材料 38
  (1) カーボンナノチューブの一般的合成方法 38
  (2) 最近のカーボンナノチューブ合成技術開発動向 39
   A.超高効率成長、超高純度の単層カーボンナノチューブの量産技術を開発(産総研) 39
   B.カーボンナノファイバー樹脂添加用グレードを開発(昭和電工) 40
   C.ドライプロセスを利用した多層カーボンナノチューブの直径制御技術を開発(富士通) 40
   D.単層構造カーボンナノチューブの配置および直径制御技術を開発(NEC) 41
   E.均一な長さの短繊維カーボンナノチューブを開発(東北大学/富士通研究所)  
   F.カーボンナノチューブに金属ナノ粒子を閉じ込める「ボトルシップ合成法」を開発(東京大学/NEC/科学技術振興機構 43
   G.カーボンナノチューブの長さを自在にそろえる製造技術を開発(青山学院大学) 44
  (3) 新型炭素材料「カーボンナノウオール」(名古屋大学) 44
 1.4.4 量子ドットの創製法 45
  (1) 通常の微細加工による方法 46
  (2) 単原子操作による方法 46
  (3) 結晶成長機構を使う量子ドット作製方法 47
  (4) 液滴エピタキシーによる量子ドットの創製プロセス 49
  (5) 量子ドットのサイズ・配列制御技術の開発(富士通研究所) 50
  (6) 高分子の相分離とリソグラフィーの融合によるシリコンのナノドットの形成(IBM) 51
 1.4.5 ナノ粒子の合成と組織化 52
  (1) ビルドアップ法とブレイクダウン法 52
  (2) 企業より入手可能なナノ粒子 55
  (3) ナノ粒子の分散制御 58
   A.分散制御操作の重要性 58
   B.ナノ粒子の合成過程での凝集・分散操作 58
   C.ナノ粒子の表面修飾・分散化技術 58
   D.ナノ粒子のコンポジット化による分散化 59
  (4) 最近のナノ粒子の製造技術開発動向 60
  (5) 金属ナノ粒子の配列と組織化 66
   A.電子線リソグラフィ技術を用いた金属ナノ粒子の配列 66
   B.粒子間相互作用を利用した金属ナノ粒子の自己組織化 67
   C.テンプレートの利用 70
   D.ドライプロセスによるナノ粒子の配列 70

第2章 電子・光デバイスとナノ材料
73
2.1 半導体ナノ構造における量子効果の応用 74
 2.1.1 量子井戸の素子応用 74
 2.1.2 量子ドットの素子応用 76
2.2 電子デバイスの開発 78
 2.2.1 MOSトランジスタの微細化と新材料・新構造の導入 78
 2.2.2 配線の高速化と新材料の導入 79
  (1) 配線要求 79
  (2) Low-k層間絶縁膜 80
  (3) ナノ界面制御による銅配線信頼性の向上 81
  (4) 45nmノードの多層配線 82
   A.ボーラスLow-k膜における機械的強度の低下の抑制対策 82
   B.Cu配線における抵抗の増大の抑制 83
   C.多孔質Low-k層間絶縁膜の開発例(アルバック、触媒化成、日立化成、半導体MIRAIプロジェクト、住友ベークライト、NEC) 83
   D.平均サイズ1nmのポア構造を有するNCS/Cu多層配線技術(富士通研究所) 86
   E.カーボンナノチューブを用いた配線ビア材 87
 2.2.3 ひずみSi技術を用いたCMOS 89
  (1) IBMの新CMOS 90
  (2) 半導体MIRAIプロジェクトの32ナノ世代LSI用CMOS 91
 2.2.4 新しいナノ電子デバイスの研究 93
  (1) ナノ構造を利用した単一電子素子 93
  (2) 単一電子トランジスタの課題と開発の現状 94
   A.シリコン系単一電子トランジスタの開発 95
   B.シリコン単電子トランジスタの新しい機能・応用 103
    a)単電子回路による論理回路(NTT) 103
    b)シリコン単電子ポンプ(NTT) 104
    c)単一電子現象を応用した暗号処理用超小型乱数生成回路(東芝) 105
   C.カーボンナノチューブ単電子トランジスタの開発 106
  (3) ナノドットを用いた不揮発性メモリの課題と高機能化 109
   A.シリコンナノクリスタルメモリの特徴 109
   B.チャネル構造変更によるシリコンナノクリスタルメモリの高性能化(東大生産研究所) 111
   C.短チャネル化による集積化(東大生産研究所) 112
   D.シリコン微粒子2単接合構造による記憶保持時間の向上(東芝) 113
   E.金属ナノ粒子技術を用いた新型不揮発性メモリ「メタルナノドットメモリー」(旭硝子・東北大学) 115
  (4) 究極のナノ電子デバイス「原子スイッチ」 116
  (5) スピンエレクトロニクス 118
   A.金属磁性体スピンエレクトロニクス(MRAN) 119
   B.半導体系スピンエレクトロニクス 125
2.3 ナノ構造光デバイスの動向 126
 2.3.1 半導体の種類とナノ構造体 127
  (1) 化合物半導体の種類 127
  (2) 半導体ナノ粒子の光機能 128
 2.3.2 化合物半導体量子ドットを用いた光メモリ 128
 2.3.3 化合物半導体ナノ構造体を用いたフォトニックネットワーク向け光デバイス 130
  (1) 量子ドット半導体レーザの研究の現状 131
   A.超低消費電力InAs量子ドットレーザ(富士通) 131
   B.温度によって光出力が変化しない1.3m帯向けInAs量子ドットレーザ(富士通・東大) 132
   C.低コストInGaSb量子ドットレーザの1.3m帯での室温発振(情報通信研究機構) 133
   D.アンチモン系半導体量子ドット面発光レーザの光通信波長帯での室温発振(情報通信研究機構) 135
  (2) 量子ドット光増幅器 136
   A.量子ドット光増幅器の特徴 136
   B.波長1.5ミクロン帯超広帯域・高出力量子ドット光増幅器の開発に成功(東大・富士通研) 138
   C.量子ドット光増幅器による1.55m帯超高速波長変換素子(FESTA) 138
  (3) 量子ドットを用いて1.3m帯向けの単一光子発生(東大・富士通研) 140
  (4) 半導体超高速光スイッチ 142
   A.量子井戸中のサブバンド間遷移を用いた半導体超高速光スイッチ 143
   B.対称マッハツェンダー(SMZ)全光スイッチ(FESTA) 147
 2.3.4 金属ナノ粒子を用いた光デバイス 148
  (1) 金属ナノ粒子分散複合材料の作製方法 148
  (2) スパッタ法による金ナノ粒子分散シリカガラス複合薄膜の非線形光学特性 148
  (3) ナノ粒子を用いた非線形光学素子(特許例) 151
   A.金属ナノ粒子を用いた光スイッチ 151
   B.光透過性薄膜と金属微粒子または有色半導体微粒子からなる波長変換素子 151
   C.非線形光学効果の大きい金属微粒子/非晶質材料 152
 2.3.5 GaN系量子ドット可視・紫外発光素子の展開 152
  (1) アンチサーファクタントを用いたGaN量子ドット(東京工業大学大学院) 153
  (2) InGaN青色量子ドットレーザ 156
  (3) GaN量子ドットの形成 158
 2.3.6 ナノシリコン光デバイスの開発 159
  (1) Siナノ粒子の光学物性、発光メカニズム 160
  (2) シリコンナノ粒子発光素子の開発事例 161
   A.シリコンナノクリスタル可視光発光ダイオード(東芝) 161
   B.球状のSi、Ge、β-FeSi2単結晶ナノドットの形成(東京大学大学院) 162
   C.シリコン・ベースの族横断型量子ドットを用いた発光ダイオードおよび光増幅器のプロトタイプ(東京大学大学院) 163
  (3) ナノシリコン結晶光電変換素子(NHK技研) 165
  (4) 新しいシリカ系光導波路用材料と安価な形成方法(大阪市立工業研究所) 167
  (5) シリコンナノフォトニクス技術を用いたLSI光配線(NEC) 168
   A.シリコン・ナノフォトダイオード「ブライトポイント」 168
   B.シリコン細線光導波路技術 169
   C.エアロゾルデポジション(AD)法を用いた大きな電気・光変換機能を持つ電気光学膜 170
 2.3.7 CNTの過飽和吸収効果を利用した光デバイス 170
  (1) 単層CNT薄膜を用いた光スイッチング素子(産総研) 171
  (2) CNTを用いて超短時間パルスレーザの発振(産総研) 171
  (3) ゼラチン水溶液からつくるSWNTの“光る薄膜”(産総研) 172
 2.3.8 半導体ナノ粒子を用いた光デバイス 173
  (1) 半導体ナノ粒子を用いた蛍光体 173
   A.IIB-VIB族ナノクリスタル蛍光体の特徴 174
   B.ナノ粒子蛍光体の応用 175
   C.II-VI族半導体ナノ粒子蛍光体の合成と発光 175
   D.半導体ナノ粒子のコンポジット化 179
  (2) 半導体ナノ粒子配列膜の新機能 181
   A.半導体ナノ粒子配列膜による高密度光メモリ媒体の開発 181
   B.メモリ機能を有する書換型光ディスク 182
 2.3.9 フォトニック結晶の最近の動向 182
  (1) フォトニック結晶の特徴 183
  (2) 二次元フォトニック結晶の光制御 184
   A.二次元フォトニック結晶の作製 185
   B.線欠陥の導入 185
   C.点欠陥と線欠陥との複合欠陥の導入 186
    a)面内ヘテロ構造を導入した超小型多チャンネル 光アッド・ドロップデバイの実現 187
    b)光ダブル・ヘテロ構造による光閉じ込め 188
   D.バンド端における共振作用の利用 191
   E.透過バンドエンジニアリング 193
    a)群速度制御 193
    b)フォトニック結晶技術による青色発光ダードの効率向上 193
  (3) 二次元フォトニック結晶の作製とデバイス応用例 194
   A.フォトニック結晶光導波路の伝播損失の低減 194
    a)シリコンフォトニック結晶光導波路の伝播損失の超低損失化(NTT) 194
    b)長さ1cm級のGaAs2次元フォトニック結晶導波路で超低損失化(FESTA) 195
   B.非線形機能、アクティブ機能の導入 197
    a)レジストモールド・ゾルゲル法による強誘電体柱状フォトニック結晶作製(東京大学・富士通) 197
    b)非線形光学ポリマーを用いた非線形光学効果の増大を実証(理化学研究所) 198
   C.高アスペクト比の2次元フォトニック結晶の作製技術 200
    a)陽極酸化アルミナナノホールアレイ(東京都立大) 200
    b)金属クラスターを用いたシリコンナノ円柱(産総研) 201
    c)鋳型法による二酸化チタンのフォトニック結晶作製技術(産総研) 202
  (4) 三次元フォトニック結晶の開発と光制御 203
   A.完全三次元フォトニック結晶による光制御 204
   B.自己クローニング法によるフォトニック結晶 207
   C.コロイド結晶による3次元フォトニック結晶の作製とデバイス応用 208
   D.光造形法、集光・干渉露光によるポリマー2次元、3次元フォトニック結晶の作製とデバイス応用例 212
 2.3.10 近接場光によるナノ光加工;ナノフォトニクス 213
  (1) 近接場光CVD法 213
  (2) 物質寸法に依存する光脱離法による寸法制御 215
  (3) 物質寸法に依存する光共鳴脱離による金属微粒子の自己組織的作製法 216
2.4 光記録の高密度化とナノ構造材料 218
 2.4.1 光ディスクの種類と特徴 218
 2.4.2 ナノ粒子を用いた光超解像記録媒体の開発 220
  (1) 3次元銀ナノ粒子集合体の電場増強効果を利用した光ディスクの開発  
  (産総研) 220
  (2) ナノ粒子を用いた高密度光記録媒体(特許例) 221
 2.4.3 次世代の光メモリ 222
  (1) 多層記録 223
  (2) 近接場光メモリ 223
   A.超解像技術(スーパーレンズ) 224
   B.ナノ加工した近接場光ヘッド 225
2.5 FPDとナノ材料 226
 2.5.1 FPDの市場 226
 2.5.2 FPDの現状と課題 227
 2.5.3 PDP発光効率の向上 228
  (1) PDPの現状と課題 228
  (2) PDPの構成と製造プロセス 229
  (3) 隔壁(リブ)材料による発光効率の向上 230
   A.隔壁形成用感光性ペーストよる輝度向上 230
   B.蛍光体ペーストによる輝度向上 231
   C.誘電体ペーストによる輝度向上 234
  (4) バス・アドレス電極材料の高性能化・低コスト化 234
   A.感光性導電性ペースト 235
   B.次世代の低コスト電極形成技術 236
  (5) PDP用蛍光体の課題と発光特性向上 239
   A.青色蛍光体(BAM)の劣化の改善対策(特許例) 239
   B.緑色蛍光体の残光時間の短縮化(特許例) 242
   C.赤色蛍光体の色調改善(特許例) 242
   D.外光を吸収するナノ粒子を含む輝度に優れた赤色、緑色、青色蛍光体 244
 2.5.4 実用化が始まったFED 245
  (1) FEDの原理、特徴 245
  (2) FEDパネルの種類 246
  (3) 大画面薄型ディスプレイSED 246
   A.SEDの基本構造と動作原理、仕様 247
   B.SEDの電子源の製造法 248
   C.低コスト生産技術 250
  (4) カーボンナノチューブFEDの開発動向 250
   A.カーボン・ナノチューブFEDパネルの構造 250
   B.カーボンナノチューブFEDの課題とFEDプロジェクトの取り組み 251
   C.FED電子源製造プロセスの開発 252
   D.各社のCNT電子源およびFEDパネルの開発(NEC、アルバック、三菱電機、産総研、東大、大阪ガス、その他の特許) 252
  (5) 弾道電子面放出型FED(BSD) 263
  (6) FED用蛍光体の課題と開発の現状 265
   A.FED用の蛍光体の開発指針 265
   B.FED用の蛍光体の開発(特許例) 266
 2.5.5 次世代ナノ結晶シリコンEL発光素子 267
  (1) ナノ結晶シリコンの作製プロセス 267
  (2) EL発光素子としての課題 268
  (3) ナノシリコンELD(東海大学) 268
 2.5.6 ナノ粒子蛍光体材料の開発 268
  (1) 半導体ナノ粒子蛍光ガラスの開発(産総研) 269
  (2) 半導体ナノ粒子蛍光体の製法(特許例) 269
 2.5.7 ディスプレイ関連反射防止膜 271
  (1) ナノ超微粒子を用いた塗布法反射防止膜 272
    a)ナノ微粒子を用いた反射防止フィルム「クリアラスARF-300」(住友大阪セメント) 272
    b) ナノ多孔性シリカ薄膜を用いた低コスト反射防止膜(大阪市立工業研究所) 272
  (2) ナノパターンアレイによる反射防止技術(NTTアドバンステクノロジー) 275

第3章 ナノ磁気記録と磁性電子部品
281
3.1 磁性材料の概要 281
 3.1.1 硬質磁性材料の種類と特徴、用途 284
 3.1.2 軟質磁性材料 285
 3.1.3 磁性材料のナノ組織制御と磁気特性 287
  (1) 強磁性体微粒子の磁気特性 287
  (2) ナノグラニュラー組織の組織制御と磁気特性 288
  (3) ナノ結晶軟磁性材料 288
3.2 ハードディスク用ナノ磁性体の動向 289
 3.2.1 ハードディスク装置の概要と記録原理 290
 3.2.2 長手磁気記録と垂直磁気記録方式 290
 3.2.3 長手磁気記録方式の高密度化 292
  (1) 記録動作の原理と磁気媒体の層構成材料 292
  (2) 磁性結晶粒の均一微細化のための高度な成膜技術 293
 3.2.4 垂直磁気記録媒体の高密度化技術の動向 294
  (1) 垂直磁気記録原理と垂直記録磁気媒体の各層の材料 294
  (2) 垂直磁気記録媒体の高磁気異方性材料 295
  (3) 実用化間近のCoPtCr系垂直磁気記録記録媒体とTMRヘッド 296
   A.軟磁性裏打ち層のスパイクノイズ低減対策 298
   B.CoCrPt-SiO2グラニュラ磁性膜垂直磁気記録媒体の開発(富士電機) 298
   C.230Gbit/in2(3.5インチディスクで1TB)を実現する垂直磁気記録技術(日立グローバルストレージテクノロジー) 300
   D.Co-Cr系高密度垂直磁気記録媒体の特許例 300
  (4) Co/Pd多層膜垂直磁気記録媒体のノイズ低減対策 302
   A.ボロンの濃度勾配をつけたCo/Pd多層膜垂直磁気記録媒体(日立マクセル) 302
   B.アモルファスカーボン下地層を有するCo/Pd多層膜垂直磁気記録媒体(早稲田大学) 303
  (5) FePt強磁性規則合金薄膜の研究の現状と課題 303
   A.FePtナノ磁性薄膜のアニーリング温度の低減、配向制御、微粒子分散構造等の特許例 304
   B.規則化におけるFePtナノ粒子サイズ依存性の問題 308
  (6) パターンドメディアの開発 310
   A.パターンドメディアの原理と特徴 310
   B.パターンドメディア作製方法 311
   C.パターンドメディアの開発例 311
    a)高密度磁気記録媒体パターンドメディアとその製造方法(科学事業振興事業団) 311
    b)ナノインプリントと反応性イオンエッチングを組み合わせた方法(TDK) 312
    c)高分子の自己組織化とナノインプリント法を組み合わせたディスク状パターンドメディア(東芝) 313
    d)世界初、陽極酸化アルミナナノホールの一次元配列(山形富士通、富士通研究所、神奈川科学技術アカデミー) 315
    e)走査型原子間力顕微鏡を用いた陽極局酸化処理による  
パターンドメディア製造方法  
  (産業技術総合研究所、セイコーインスツルメンツ:特開2004-110962) 316
f)静電気力を利用してナノ粒子を並べる技術(東芝) 317
g)粒径選別した磁性粒子が非磁性薄膜に埋め込まれた  
超高密度磁気記録媒体(松下電器:特開2003-22510) 318
  (7) FePtナノ粒子コロイドの自己組織化によるパターン媒体の作製 319
   A.FePtナノ粒子コロイドの規則化の課題 319
   B.FePtナノ粒子コロイドからの高密度磁気媒体の製法(特許例) 320
 3.2.5 高感度再生ヘッドの開発 324
  (1) GMR再生ヘッド 325
  (2) TMR再生ヘッド 325
   A.TMR再生ヘッドの特徴 325
   B.各社の再生ヘッド向けTMR素子の開発(東芝、産総研とアネルバ、  
東北大と日立製作所) 327
 3.2.6 記録ヘッドの開発 330
 3.2.7 塗布型磁気記録媒体の高密度化技術 331
  (1) ナノスケール磁性層を有する塗布型磁気記録媒体「NANO CUBIC」  
技術の開発(富士写真フィルム) 332
  (2) 塗布型磁気テープ用超微粒子球状磁性体「NanoCAP」の  
開発(日立マクセル) 333
  (3) 特許にみる強磁性ナノ粒子を用いた塗布型磁気記録媒体の例 334
3.3 磁性体材料を用いた電子部品 334
 3.3.1 フェライトを利用した電子部品 334
  (1) フェライト材料の高機能化・小型化の課題と対策技術 334
  (2) チップビーズ(村田製作所) 335
  (3) 特許にみるフェライトを用いた電子部品の例 337
 3.3.2 高周波対応の薄膜を用いた電子部品 340
  (1) Ni-Znフェライト薄膜を使用したインダクタの試作(山口大学) 340
  (2) 積層ナノグラニュラ磁性体薄膜を用いたスパイラルインダクタ  
  (太陽誘電) 341
 3.3.3 磁性材料を用いた電磁波吸収体 342
  (1) 電磁波吸収体の種類と原理 342
  (2) 磁性損失材料を用いた電磁波吸収体 343
  (3) 新しいGHz帯高性能電磁波吸収体の開発 344
   A.結晶磁気異方性が大きいM型フェライト、希土類化合物 344
   B.フェライトめっき薄膜 344
   C.パターン化ナノグラニュラ磁性薄膜 345
   D.各社のナノ磁性体を用いた高性能電磁波吸収製品例 346
    a)ハロゲンフリー-難燃性の高性能電磁波ノイズ抑制シートの量産(日立金属) 346
    b)ソフトフェライトめっき微粒子を用いた塗布型電磁波吸収材料(アイカ工業/東京工業大学) 347
    c)フェライトメッキ薄膜を用いた薄型高周波ノイズ対策部品「パスタフェリックス」(NECトーキン) 348
    d)シラスバルーンを用いた複合フェライト電波吸収体の開発(鹿児島県工業技術センター) 349
    e)GHz帯域で優れた電磁波吸収特性を示す高抵抗・軟磁性ナノ複合粒子を開発(日立製作所) 350
    f)永久磁石材料を用いたミリ電磁波吸収体(東北大学) 351
   E.最近の特許からみた磁性ナノ粒子を用いた電磁波吸収体の例 352

第4章 半導体実装とナノ粒子、ナノペースト
362
4.1 実装技術の推移と今後の動向 362
 4.1.1 実装技術の推移 362
 4.1.2 実装技術の今後の動向 364
  (1) 現状技術を高度化する方向 364
  (2) 異なる概念の技術の方向 365
    a)部品内蔵基板とSIP、3次元モジュールの一体化 365
    b)ナノペーストと印刷技術の融合による配線形成 365
4.2 配線基板の動向 365
 4.2.1 配線板の種類と特性、用途 366
  (1) 有機配線板 368
  (2) 無機配線板 368
 4.2.2 表面実装〜部品内蔵へ 369
  (1) 実装技術ロードマップ 369
  (2) 配線基板材料 371
  (3) 微細配線・微細接合 372
  (4) 部品内蔵 373
 4.2.3 プリント配線板構造 373
  (1) プリント配線板構造の変化 373
  (2) 層間接続に導電体ペーストを用いる代表的なビルドアップ多層プリント配線板(ALIVH、B2it) 374
  (3) 各社の導電性ペーストを用いた一括積層多層基板(京セラ、デンソー、積水化学、フジクラ) 377
  (4) 各社の極導プリント配線基板の開発(新神戸電機、DNP、日化化成、日東電工) 381
4.3 実装用基板材とその他絶縁材の高性能化 383
 4.3.1 耐熱性、接着性、強靭性の向上とナノ粒子 383
  (1) 従来のエポキシ樹脂の問題点 383
  (2) ゾルゲルハイブリッド法の問題点 384
  (3) 無機粒子-ポリマーナノコンポジットによる高性能基板材料技術 384
    a)ポリイミドーシリカハイブリッドフィルムの開発(荒川化学) 384
    b)エポキシ樹脂-シリカハイブリッドの開発(荒川化学) 387
    c)有機修飾クレイとのナノ複合化によるエポキシ樹脂の低膨張化(松下電工) 388
    d)IPN構造を有するエポキシ樹脂系ナノコンポジット接着剤の開発(大阪市立工業研究所) 389
    e)高熱伝導度を有するナノ構造制御型エポキシ樹脂の開発(日立製作所) 390
    f)ナノサイズの無機粒子を用いた高機能ナノコンポジット材料の開発(愛知県産業技術研究所) 391
  (4) ナノサイズ銅微粒子を利用した絶縁樹脂膜と銅めっき膜との密着性向上(甲南大学) 391
 4.3.2 高速化・高周波対応ニーズに対応したプリント配線板材料 392
  (1) 高速化、高周波化の背景 392
  (2) プリント配線板材料への要求特性 394
  (3) 低誘電率・低誘電性基板材料とナノ粒子 394
  (4) 微粒子、多孔質膜を用いた低誘電率材料の開発動向 396
    a)高周波用多孔質ポリイミド基板材料の開発(日東電工) 396
    b)感光性ナノポーラスポリイミドの開発(日東電工) 397
    c)ナノテクノロジーによる高周波実装用低誘電損失樹脂材料の開発(日立製作所) 398
    d)ポリイミド多孔質膜の開発(宇部興産) 399
  (5) 特許に見る微粒子、多孔質膜を用いた低誘電率材料開発の例 399
4.4 低温焼成セラミック基板の開発動向 401
 4.4.1 低温焼成セラミック(LTCC)基板の構成材料、特徴 401
 4.4.2 高周波対応LTCCの誘電率制御技術 401
  (1) LTCCに対する要求 404
  (2) 低誘電損失ガラスセラミックコンポジット材料の開発(日本電気硝子) 405
  (3) 特許に見る低誘電率・低誘電損失材料開発の例 406
 4.4.3 部品内蔵低温焼成ガラスセラミック多層基板の構造と製造技術 407
4.5 部品内蔵プリント配線板の開発動向 409
 4.5.1 部品内蔵プリント配線板の製造方法 409
 4.5.2 造り込み型部品内蔵プリント配線板の作成方法 410
  (1) フィルム法およびペースト法 410
  (2) ハイブリッド積層技術 411
 4.5.3 受動部品内蔵プリント配線板のプロセスと代表特性 412
  (1) 各社のコンデンサおよび抵抗内蔵プリント配線(Motolola、DuPont、東芝) 412
  (2) 各社の素子内蔵用高誘電率材料の開発 416
    a)部品内蔵型多層基板用誘電体ペーストの開発(アサヒ化学研究所) 416
    b)大電気容量をもつコンデンサフィルムを開発(松下電工) 417
    c)基板に内蔵可能なナノ粒子を用いた誘電体を開発(日立製作所) 417
    d)エアロゾルデポジション(AD法)で樹脂基板上に高誘電率のナノ結晶セラミック膜を形成・多層化する技術を開発(富士通/富士通研究所/産業総合研究所) 418
  (3) 特許にみる素子内蔵用高誘電率材料の開発の例 419
 4.5.4 半導体および受動素子(チップ部品)を内蔵した基板 423
  (1)半導体と受動部品を内蔵した新3次元実装モジュール「SIMPACT」を開発(松下電器産業) 423
  (2) 能動素子内蔵フィルムモジュールの開発(松下電器産業/メカニカル・デザイン・アンド・アナリシス) 425
  (3) LSI内蔵基板(カシオ計算機/日本CMK) 426
  (4) LSIとチップ部品を埋め込んだ部品内蔵プリント配線板基板を開発(デンソー) 426
  (5) 特許に見る半導体および受動素子内蔵の例 427
4.6 基板と導電性接着剤 429
 4.6.1 導電性ペーストの開発動向 429
  (1) 各社のセラミック多層基板およびコンデンサ用導電ペースト(京都エレックス、TDK、ノリタケ機材、三つ星ベルト) 429
  (2) 各社のプリント、ビルドアップ基板のビア穴充填導電ペースト(京セラ、藤倉化成、タツタシステム・エレクトロニクス、その他特許) 434
  (3) 微細配線パターン形成とナノペースト 438
  (4) ナノメタルインクを使用したインクジェット法による配線形成(ハリマ化成、アルバック、大阪市立工業研究所、藤倉化成) 445
  (5) 金属ナノペーストとLSIチップとの接合(ハリマ化成、アルバック) 449
  (6) 熱伝導性ペースト 453
  (7) 微粒子、ナノ粒子を用いた導電性接着剤(松下電器、タムラ製作所、ダイマット社) 454
  (8) 微粒子、ナノ粒子を用いた異方性導電接着剤 457
 4.6.2 導電性ナノ粒子およびペーストの開発 460
  (1) 導電ペースト用直径1mの金属微粒子を開発(日本アトマイズ加工) 460
  (2) スルホールやビアホール充填に適した導電ペースト用導電フィラー 460
  (3) 鎖状ニッケルナノ粒子を用いた導電性ペーストの開発(住友電工) 460
  (4) 数10nmの銀ナノ粒子を用いた銀ペーストを開発(バンドー化学) 462
  (5) 貴金属および卑金属ナノ粒子ペーストの開発(日本ペイント) 462
  (6) 貴金属ナノ粒子の大量合成と銀ナノ粒子ペーストの特性(大阪市立工業研究所) 463
  (7) ハンダ合金超微粒子およびハンダペーストの製造方法(新日本無線特許) 465
4.7 積層セラミックコンデンサとナノ粒子 466
 4.7.1 積層セラミックコンデンサの特性と構造 466
 4.7.2 積層セラミックコンデンサの構造と製造方法 467
 4.7.3 積層セラミックコンデンサ小型化・大容量化技術 468
 4.7.4 積層セラミックコンデンサに用いられる誘電体材料の開発動向 469
  (1) 誘電体結晶粒子径の微細化による1m以下の超薄層シートを実現(太陽誘電) 469
  (2) ケミカルプロセスによる強誘電体ナノ粒子の低温合成(湘南工科大学) 470
  (3) ナノサイズチタン酸バリウム薄膜の開発(産総研) 471
  (4) ナノ粒子ジルコニウム酸カルシウムを開発(宇部マテリアルズ) 471
  (5) 低温焼成できるチタン酸ジルコン鉛(旭電化) 472
  (6) チタン酸バリウムのナノ薄膜合成法を開発(村田製作所) 472
  (7) 超微粒子チタン酸バリウムの開発  
  (日清エンジニアリング、共立マテリアル) 473
  (8) 特許にみる積層セラミックコンデンサ用誘電体材料の例 473
 4.7.5 積層セラミックコンデンサ用金属超微粒子およびペースト 475
  (1) 金属超微粒子 475
  (2) 超微粒子導体ペースト 477

第5章 電池とナノ材料
485
5.1 リチウムイオン二次電池とナノ粒子 485
 5.1.1 リチウムイオン二次電池の動作と用途 485
 5.1.2 リチウムイオン二次電池構成材料の動向 488
 5.1.3 負極材料および正極材料の開発動向 489
  (1) 負極材料 489
    a)ナノレベルで制御した炭素繊維負極材料(東芝) 489
    b)カーボンナノチューブチューブ負極でパワー密度を約6倍に(日機装) 490
    c)プラズマ処理炭素粉末を負極材料に用いたリチウムイオン二次電池の充放電効率向上(物質・材料研究機構) 491
    d)ナノ微粒子を負極材料とする急速充電可能な新型リチウムイオン電池を開発(東芝) 493
    e)SnO2ナノロッド利用のリチウムイオン二次電池の開発(シンガポール大学) 494
    f)スズ系アモルファス負極を採用した次世代リチウムイオン二次電池「Nexelion」の商品化(ソニー) 494
  (2) 正極材料 495
    a)Li-Ni-Mn-Co複合酸化物とコバルト酸リチウム混合のネオハイブリッド正極を使用した高容量リチウムイオン電池(三洋電機) 495
    b)新規高電圧・高容量リチウムマンガン酸化物正極材料の開発(産総研) 496
    c)高容量リチウム-鉄-マンガン系正極材料の開発(産総研) 497
    d)リチウムイオン二次電池の容量を2割高めるNi系正極材料を開発(JFEミネラル) 500
    e)ナノコート処理ニッケル酸正極の採用により業界最高レベルの高容量リチウムイオン電池を開発(松下電池) 501
 5.1.4 特許に見るリチウム二次電池用正極・負極材料の例 501
  (1) 多孔質構造の金属酸化物、電極構造体 501
  (2) サイクル寿命、レート特性に優れたカーボンナノチューブ含有リチウムイオン二次電池 502
  (3) 低温での短時間出力特性を満足するカーボンナノチューブ含有リチウムイオン電池正極 503
  (4) 負極材料に適したリチウム貯蔵性金属間化合物 504
  (5) 優れた高率特性および寿命特性を有するリチウム二次電池用負極活物質 504
  (6) カーボンナノチューブを負極に用いた非水二次電池用負極 505
  (7) 金属、炭素、金属酸化物のナノ粒子からなる負極材 506
5.2 燃料電池とナノ粒子 506
 5.2.1 燃料電池の発電原理と電池本体構成 507
 5.2.2 燃料電池の種類と利用分野 508
 5.2.3 NEDOにおける固体高分子型燃料電池研究開発等プロジェクト概要 511
 5.2.4 小型燃料電池開発動向 514
  (1) DMFC燃料電池の原理 515
  (2) DMFC燃料電池の効率向上に向けた課題と対策技術 517
   A.電解質膜 517
   B.ナノ分散技術を用いた電極層 518
   C.膜・電極接合体の微細構造 519
  (3) 企業および研究機関における小型燃料電池開発動向 (東芝、日立製作所、富士通研究所、 三洋電機、ソニー、カシオ計算機、本田技研、産総研、大日本印刷、米ミレニアム・セル社) 519
 5.2.5 燃料電池における白金触媒微粒子利用率の向上・低コスト化技術 528
  (1) 活性炭の活用による電極の高性能化の開発(大阪市立工業研究所) 528
  (2) 超少量白金担持ガス拡散電極「ULPLE」の開発(日本電池) 529
  (3) 白金触媒の効率を向上させた膜・電極複合体(東京大学) 531
  (4) 白金なしで燃料電池の電極を作製する活性炭技術の開発(大阪市立工業研究所) 531
  (5) PEFCの低コスト化を目指した白金微粒子を大幅に削減する炭素材料の開発(群馬大学) 532
  (6) 電気化学関連国際会議で発表された高価な白金不要の燃料電池実現技術 532
 5.2.6 特許に見る燃料電池開発の例 533
5.3 色素増感太陽電池とナノ粒子 538
 5.3.1 色素増感太陽電池とは 538
 5.3.2 色素増感太陽電池の発電原理と構造 539
 5.3.3 色素増感太陽電池の作製 540
 5.3.4 最大公約数的な酸化チタンペーストの調整法 542
 5.3.5 色素増感太陽電池の技術課題 543
 5.3.6 金属酸化物複合電極を用いる新しい色素増感太陽電池 543
 5.3.7 プラスチックTiO2電極の成膜方法 544
  (1) 加圧プレス法 544
  (2) 静電的電着法による成膜 545
 5.3.8 企業、研究機関における技術開発動向 546
  (1) フレキシブル色素増感太陽電池対応の酸化チタンペーストを開発(昭和電工) 546
  (2) ナノ粒子を用いた大面積フィルム化色素増感太陽電池(関西ペイント/東北大) 547
  (3) 自由に曲げられるフィルムタイプ色素増感太陽電池を開発(日立マクセル) 549
  (4) フィルムタイプ色素増感太陽電池の開発(新日本石油) 550
  (5) 樹脂フィルム利用の色素増感太陽電池を試作(桐蔭横浜大学) 551
  (6) 12cm角で電圧が4Vのフィルムタイプ色素増感太陽電池を開発(ぺクセル・テクノロジーズ) 551
  (7) フィルム型カラフル太陽電池の開発(岐阜大学) 552
  (8) 色素増感太陽電池の大型モジュールを開発(アイシン精機/豊田中研) 554
  (9) 厚膜多孔質電極で変換効率8%達成(シャープ) 554
  (10) 色素増感型太陽電池の実用化に向けた大型パネルの試作に成功(日立製作所) 555
  (11) 有機色素増感太陽電池で変換効率7.5%を達成(産業技術総合研究所/林原生物化学研究所) 555
  (12) ナノ粒子を用いた酸化物半導体電極(住友大阪セメント/物質工学工業研究所) 556
  (13) 酸化チタンナノワイヤを用いた色素増感太陽電池(東北大学) 557
  (14) カーボンナノチューブを用いたイオンゲル型色素増感太陽電池を開発(フジクラ) 558
  (15) 固体電解質を用いた色素増感太陽電池(東芝) 559
  (16) 世界初のカラー太陽電池の開発(林原生物化学研究所) 560
  (17) 色素増感太陽電池の変換効率11%を達成(東京理科大学) 561
  (18) n/pタンデム型の新構造色素太陽電池の開発(信州大学) 561
 5.3.9 特許に見る色素増感太陽電池開発の例 561

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