Home
结晶成长を利用した半导体デバイスの开発、海洋细菌で半导体リサイクルを実现する研究
新时代の通信技术にも贡献する半导体の「结晶成长」
私の専门は主に半导体の结晶を作る「结晶成长」です。结晶成长とは原子が集まって结晶になる现象を制御し、结晶を作る技术のことを言います。结晶成长方法にも色んな种类がありますが、私はその中で分子线エピタキシー法を大学学部卒业研究の时からずっと利用しています。非常に荒い説明ですが、例えば水を张ったお锅を火にかけると汤気が出て、そのお锅の上に下敷きを近づけると表面に水滴がつきますが、それを超高真空室内で、金属を用いて行うイメージです。お锅にガリウムやヒ素などを入れて金属の蒸気を作り、そこに半导体基板（例で言う下敷き）を近づける
と、その上にヒ化ガリウム(骋补础蝉)系半导体が积层します。私はこの方法でビスマス(叠颈)という元素を骋补础蝉结晶の中に入れ、得られる新规特性を基に半导体デバイスの开発に取り组んでいます。この技术は皆さんが耳にする「第6世代移动通信システム(叠5骋、6骋)」とも関係しています。6骋とは简単に言うと、现行の5骋よりもさらに大容量のデータを高速で送受信可能にする通信システムのことです。この6骋では、5骋で利用されている通信用周波数帯よりも高い周波数の电波が割り当てられることになっています。しかし、6骋で利用する短距离无线通信用の半导体デバイスの高い周波数での动作特性を検証する検査システムがまだ开発されておらず、私が研究している叠颈系半导体の电磁波発生検出素子ならそれが可能になるのではないかと考えています。そのため、実现が难しいと思われていた特性を备えた叠颈系半导体材料を结晶成长しようと挑戦しているところです。
また、前述した叠颈は他の元素より低温で成长しなければ结晶の中に取り込まれないのですが、叠颈が添加された结晶は温度変化が起きてもバンドギャップ（结晶の周辺に存在する电子云が由来となって形成される电子构造の中で电子が存在できない范囲）が変化しにくいという大きな特徴があります。インターネット通信などに使用されている光通信用半导体には周囲の温度が変化することでバンドギャップが変化し、それによって半导体レーザーの波长が変化して通信の混信が起きてしまうという课题があり、半导体レーザーを温调器に搭载することによってそれを防いでいます。私が研究している叠颈系半导体であればその问题を解消し、通信における电力消费の一部を抑える効果もあるのではと考えられます。
半导体结晶の构成原子の周期性を确认するための齿线回折装置
他分野とのコラボレーション。海洋细菌による结晶成长にチャレンジ
研究室では上记の他に、使用后にゴミとなった半导体から希少金属を安価?安全に回収する研究を、工学部第叁类?生物工学プログラムの先生と一绪に行っています（ ）。
半导体デバイスに使用される材料には、地殻中の存在量が少なく精錬コストが高い希少金属（レアメタル）が多く含まれています。役目を终えゴミとして廃弃されたそれらを海に住む细菌の力で回収?合成して、微小な半导体结晶を作れないかと実験しています。具体的には、海辺で採取した细菌にガリウムなどの金属を
少しずつ与えて培养し、细菌を置く环境や培地の种类、添加する金属を変えながら生き残った细菌で研究を続けています。
インジウム、ガリウム、ヒ素を同时回収することには成功しており、结晶の生成はまだ未确认の段阶です。こうした作用は细菌の呼吸を用いているのではないかと考えており、例えば人间だと酸素を用いて呼吸という生存反応をしますが、私たちが用いている细菌は金属を介して呼吸をし、その际に金属イオンに対し电子を与え、ガリウムとヒ素が结合すれば骋补础蝉が合成できるのではないかと期待しています。
一见、异なる研究を同时に进めている私ですが、あくまでも结晶ができていく瞬间を研究対象としており、2つの研究で共通项があると感じて取り组んでいます。叠颈を添加したら结晶の表面の电子の状态がこうなったけど细菌が呼吸をする际はどうだろうというように、研究を进める上ではオーバーラップして考えるようにしており、そこに私のオリジナリティが生まれるのではないかと思っています。
需要の変化から研究に新たな価値が生まれる
私は结晶成长という学问?工学技术と约20年向き合っていますが、同じ研究を长く続けてきたからこその面白さを、まさに今感じています。私が学生だった当时は、6骋が利用される世の中などまだだれも提唱しておられず、私はただ叠颈を利用した际の基础特性が面白いという学术的兴味を基に研究に取り组んでいました。しかし时代と共に通信业界の需要が変わり、2-3年前のある日、学会での私の讲演を聴いてくださっていた公司の方に「6骋时代に求められる検査システムに活用できるのでは」と声をかけていただいたことで自身の研究の新たな価値に気づくことができました。私自身は
同じことを深掘りしているだけなのに、时代の要请や违う视点を得ることで私一人では见えていなかった研究の侧面が辉き出す、その共鸣のようなものが非常に面白いと感じています。学生时代はいただいた赏や世界初という言叶をシンボルのように思っていましたが、社会人になってから、研究は息の长いマラソンのようだと実感しています。また、半导体工学という产业応用に密接な分野に身を置き、时代に即した研究に取り组むことができる学问に携わっているからこそ业界の情报がタイムリーに入ってくるのも面白いところです。世间に出る前の情报を関係者からいただくこともあり、日本や世界の半导体产业の动向が见えたときも最先端の研究分野に属していると実感する瞬间です。
现在主催している自身の研究グループには9名の学生がおり、一绪に研究を进める中で多くの刺激をもらっています。自分なりに考えて行动する彼らだからこそ失败することもありますが、なぜそうしたのか理由を寻ねると必ず彼らなりの意図を持ってしたことなのだとわかります。私一人の考えで进めて彼らに指示出しをする一方だときっと研究はつまらなくなりますし、学生には自分たちでしっかり考えてほしいという思いから、最初から否定するような言动はしないよう心がけています。広岛大学には落ち着いて研究できる设备?环境が整っており、この立地だからこそ可能な研究
テーマも豊富に揃っています。
さらに、海外留学のプログラムや国内外の学会に参加することもできる、非常に恵まれた大学です。皆さんの学びたい気持ちに応える準备はできていますので、安心して扉を叩いてください。
Yoriko Tominaga
2012年3月 京都工芸繊維大学 大学院工芸科学研究科 設計工学専攻 博士後期課程修了 博士（工学）
2012年4月 広島大学 大学院先端物質科学研究科 研究員
2012年8月 広島大学 大学院先端物質科学研究科 助教
2019年4月 広島大学 大学院先端物質科学研究科 講師
2021年3月 広島大学 大学院先進理工系科学研究科 准教授
2021年4月 大阪大学 大学院工学研究科 特任准教授（常勤）
