[반도체] 반도체 발전 필수… 중국 대두 '전자현미경' 일본의 전략 재고할 때

[お持て成し]

반도체 발전 필수… 중국 대두 '전자현미경' 일본의 전략 재고할 때 / 9/17(화) / 뉴 스위치

전자 현미경(전현)으로 원자 레벨의 자기장을 보는 기술 개발이 진행되고 있다. 전현은 전자선을 자기장으로 구부려 결상시킨다. 관찰용 자기장이 시료의 자기장에 영향을 주는 문제가 있었으나 무자장화 기술이 확립되면서 자성재료 해석이 가능해졌다. 덴켄은 일본의 장기로 불리며 자기저항메모리(MRAM) 개발과 품질관리에 필수적인 기술이다. 차세대 반도체 개발 경쟁을 뒷받침해 왔지만 중국의 대두가 눈부셔 산학관(産学官)으로 전략을 짜야 한다. (코데라타카유키)

※ 산학관(産学官) : 산업계(민간기업), 학교(교육·연구기관), 관공서(국가·지방공공단체)의 3자

국제학회에서 미중의 디커플링이 선명해지고 있다. 미국 개최의 학회에 중국 본토의 연구자가 거의 참가하지 못하고 있다」라고 도쿄대학의 시바타 나오야 교수는 지적한다. 중국에서는 덴켄을 중요 기술로 들어 국산화를 진행시키고 있다. 전현은 전자선 묘화 장치와 기술이 가까워 반도체 개발부터 제조, 품질 관리까지를 뒷받침하는 기반 기술 중 하나다. 그 때문에 일본에서도 거국적인 개발이 진행되어 왔다.

일본에서는 도쿄대와 일본전자, 규슈대와 히타치제작소가 연구를 이끌었고 시장에서는 각각 높은 점유율을 차지하고 있다. 연구면에서는 자성 재료 관찰로 돌파가 일어나고 있다. 히타치와 9대는 홀로그래피식으로 결정격자면의 자기장 관찰에 성공했다. 페리 자성체의 철 원자가 나란한 면과 몰리브덴 원자가 나란한 면의 자기장을 촬상해, 명료한 줄무늬를 얻을 수 있었다. 격자면마다의 자기장 강도를 잴 수 있게 된다.

신기술에서는 1만장의 화상을 자동 촬영해 적산 평균화해 선명화한다. 홀로그래피식은 촬상 후에 디지털 보정으로 핀트를 조정할 수 있는 점도 강점이다. 히타치의 다니가키 토시아키 주임 연구원은 「3 D관찰로 발전시켜 가고 싶다」라고 설명한다.

도쿄대는 원자분해능 무자장전자현미경(MARS)을 개발해 반강자성체의 원자분해능 자기장을 촬영하는 데 성공했다. 전자선은 원자의 전기장과 자기장에서 약간 휘어진다. 이것을 분할형 검출기로 파악해, 전기장의 영향을 배제하면 자기장을 가시화할 수 있다. 도쿄대도 히타치도 과학잡지 「네이처」에 게재되었다.

MARS는 일본 전자에서 발매되어 현재는 MRAM의 기본 소자의 자기장을 관찰하고 있다. 도쿄대학의 세키타케인 강사는 「종래는 소자 성능을 전기적으로 평가하고 있었다. 실제의 자기장이 보이면, 자기장의 방향이나 방향의 편차를 평가할 수 있다」라고 설명한다. MRAM은 자성층을 절연층을 사이에 두면서 적층해 자성층 자기장의 방향이 평행이냐 반평행이냐로 전기저항이 크게 변하는 원리를 이용한다. 자기장의 방향의 품질은 MRAM의 성능과 직결된다.

히타치와 도쿄대학의 기술은 MRAM 개발에 있어서 상보적인 역할을 한다. 히타치는 페리 자성체, 도쿄대는 반강자성체 등으로 잘하는 물질이 다르기 때문이다. 히타치의 시나다 히로유키 기술 고문은 「절차탁마해 온 것이 기술의 선택지를 넓혔다」라고 되돌아 본다.

반면 맹추격을 보이는 곳이 중국이다. 주사형과 투과형의 국산화를 달성하고, 최첨단 수차 보정 기술도 앞으로 2년 안에 획득하겠다고 선언한다. 시바타 교수는 「전현 기술의 우위성이 없어지면 반도체 산업의 기반이 무너질지도 모른다. 국가로서 전략 투자가 필요」라고 설명한다.

https://news.yahoo.co.jp/articles/7cc67b8502e07913dea5f3e8092e8e656f78b858

半導体発展に不可欠…中国台頭、「電子顕微鏡」日本の戦略再考の時（ニュースイッチ） - Yahoo

半導体発展に不可欠…中国台頭、「電子顕微鏡」日本の戦略再考の時
9/17(火) 16:10配信


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ニュースイッチ
東大のMARS

電子顕微鏡（電顕）で原子レベルの磁場を見る技術開発が進んでいる。電顕は電子線を磁場で曲げて結像させる。観察用の磁場が試料の磁場に影響する問題があったが、無磁場化技術が確立されて磁性材料の解析が可能になった。電顕は日本のお家芸と言われ、磁気抵抗メモリー（MRAM）の開発や品質管理に必須の技術だ。次世代半導体の開発競争を支えてきたが、中国の台頭が目覚ましく、産学官で戦略を練る必要がある。（小寺貴之）

【写真】日立の原子分解能・ホログラフィー電子顕微鏡

「国際学会で米中のデカップリングが鮮明化している。米国開催の学会に中国本土の研究者がほとんど参加できていない」と東京大学の柴田直哉教授は指摘する。中国では電顕を重要技術に挙げて国産化を進めている。電顕は電子線描画装置と技術が近く、半導体の開発から製造、品質管理までを支える基盤技術の一つだ。そのため日本でも国を挙げた開発が進められてきた。

日本では東大と日本電子、九州大学と日立製作所が研究をけん引し、市場ではそれぞれが高シェアを握っている。研究面では磁性材料観察でブレークスルーが起きている。日立と九大はホログラフィー式で結晶格子面の磁場観察に成功した。フェリ磁性体の鉄原子が並んだ面とモリブデン原子が並んだ面の磁場を撮像し、明瞭な縞（しま）模様が得られた。格子面ごとの磁場強度を測れるようになる。

新技術では1万枚の画像を自動撮影し積算平均化して鮮明化する。ホログラフィー式は撮像後にデジタル補正でピントを調整できる点も強みだ。日立の谷垣俊明主任研究員は「3D観察に発展させていきたい」と説明する。

東大は原子分解能無磁場電子顕微鏡（MARS）を開発し、反強磁性体の原子分解能磁場の撮影に成功している。電子線は原子の電場と磁場でわずかに曲がる。これを分割型検出器で捉え、電場の影響を排除すると磁場を可視化できる。東大も日立も科学誌「ネイチャー」に掲載された。

MARSは日本電子から発売され、現在はMRAMの基本素子の磁場を観察している。東大の関岳人講師は「従来は素子性能を電気的に評価していた。実際の磁場が見えると、磁場の向きや向きのバラつきを評価できる」と説明する。MRAMは磁性層を絶縁層を挟みながら積層し、磁性層の磁場の向きが平行か反平行かで電気抵抗が大きく変わる原理を利用する。磁場の向きの品質はMRAMの性能に直結する。

日立と東大の技術はMRAM開発において相補的な役割を果たす。日立はフェリ磁性体、東大は反強磁性体などと得意とする物質が違うためだ。日立の品田博之技術顧問は「切磋琢磨（せっさたくま）してきたことが技術の選択肢を広げた」と振り返る。

一方、猛烈な追い上げを見せているのが中国だ。走査型と透過型の国産化を達成し、最先端の収差補正技術も残り2年で獲得すると宣言する。柴田教授は「電顕技術の優位性がなくなると半導体産業の基盤が崩れかねない。国として戦略投資が必要」と説く。