技術革新の突破口になる！
未来を切り拓くのは謎の発見から

例えば、今では誰もが使っているであろう「ICカード」には、manacaなど交通系のカードやクレジットカード、職員証・学生証などがありますが、あのカードの中、または外に「IC＝集積回路（＝integrated circuit）」が組み込まれているから「ICカード」って言うんですよね。ということは即ち、あのぺランとしたカードには、電子部品の抵抗器やコンデンサ、トランジスタなどがぎっしり組み込まれ、電磁誘導やマイクロ波によって、電子が超高速で走ったりピタッと止まったり、瞬時に計り知れないほどの信号を正確にやり取りしているという訳です。これらの装置はいつの間にそんなに小さく薄っぺらくなったのか、どんな形をしているのか、数年前はどれくらいの大きさだったのか、考えたことはありますか？
半導体の世界は、幾度となく起こっている「技術革新」により、目覚ましい発展を遂げています。そのような技術革新のなかで活躍しているのが、五十嵐研究室です。
今回は、普段あまり直接目にすることが少ない上に進化のスピードが速く、わかりにくいと思っている人の多い「半導体って何？」という初歩の話から研究内容まで、五十嵐研究室のみなさんにお話を伺いました。

まず、五十嵐研究室はどんな研究をしているところかを教えてください。

五十嵐:我々の目指しているのは、cutting edge science for innovation。先端的かつ基礎的な科学の知見に基づいて、主な研究ツールである電子顕微鏡を使って、ナノスケール^*1で、半導体などの物質の構造や性質を解析しています。

ところで先ほどの「半導体デバイス」について、もう少し教えてください。

五十嵐:まず「デバイス」を直訳すると「装置」ですが、ある一定の機能を持った電子部品や機器の塊という感じでしょうか。多種多様で、パソコンやマウス、キーボードもプリンターもデバイスですし、CPUやメモリ、ハードデイスクやディスクドライブも「デバイス」です。その材料に半導体を使うと、いろいろなことが実現できるんです。

「半導体」っていうのは、ある条件で電気が流れたり流れなかったりするもので金属みたいにどんどん電気が流れるのは「導体」、全然流れないものは「絶縁体」と学びました。

五十嵐:そうです。昔は、あるものに電気を流すために、金属の銅線などをつなぎ、人の手でスイッチをON、OFFしました。今はそこに半導体を使うことで、何もしなければ電気は流れないけど、電界や磁界の力が及ぶエリアに入ると瞬時に電気が流れる半導体を回路や基板に使うことにより、手を使わずとも情報の伝達や電子媒体への書き込みが一瞬でできたり、逆にストップしたりができるんです。

それで、半導体としての新しい可能性を秘めた窒化ガリウム（GaN^*2）を使って作るバワーデバイスなどの開発に携わっていらっしゃるんですね。

五十嵐:我々には、GaNを使って大電流・高電圧に耐えられるようなデバイスを作り、社会にもっと貢献したいという夢があります。その中で当研究室では、デバイスとして利用するために必要な混ぜ材料は何がいいのか、どんな方法がいいのかといった物性の研究を、主に電子顕微鏡を使って解明し、新しい技術の発展に寄与できたらと思って日夜努力しています。

狩野助教は、この4月から着任されたそうですが、電子顕微鏡の魅力はどんなところですか？

狩野:以前は透過型電子顕微鏡（TEM）を使って、究極の2次元材料グラフェン^*4を研究していました。見るものによって倍率は1000倍だったり、100万倍だったりしますが、いずれにしても人間の目では、そこにあるのに全然見えないものがTEMを通すと目の前に現れるんです。今まで全く見えていなかったものが。2nmのカーボンナノチューブの中の原子1個1個までがきれ～いにくっきり見えるんですよ！それは感動します。しかも「これを見ているのは、世界で私が初めて？」という場面があるので、それが魅力かな？

助教狩野 絵美

KANO Emi

2008年 筑波大学理工学群入学、2017年 筑波大学数理物質研究科博士課程修了。2017年からカナダのアルバータ大学 ポスドク研究員を経て、2019年 物質・材料研究機構 ポスドク研究員として、GaNの研究に着手。2020年 名古屋大学未来材料・システム研究所に助教として着任。現在は主に、透過型電子顕微鏡によるGaNを含む窒化物半導体の物性解析の研究に従事。
● 趣味 / 歌うこと。中学からコーラス部に所属して以来、就職後も合唱を継続。