Yano E-Plus 2021년 11월호(No.164) (일본어판)

≪차세대 시장 트렌드≫

차세대 양자기술 시리즈(7) ~양자재료~(3~42페이지)

~신기능성, 고품질, 정밀결정구조, 첨단물성 등 물질의 양자적

　성질에 착안한 새로운 재료를 공급, 전자산업 발전에 필수~

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1. 양자재료란

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2. 주목받는 양자재료

2-1. 초전도 재료

2-2. 단원자층 재료

2-3. 토폴로지컬 재료

2-4. 양자 구속 재료

2-5. 양자 포토닉스 재료

2-6. 양자 스핀트로닉스 재료

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3. 양자재료 시장규모 예측

그림·표1. 양자재료의 일본 및 세계 시장규모 예측(금액: 2025~2050년 예측)

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4. 양자재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향

4-1. 국립대학법인 오사카부립대학

(1) 바이오센싱 디바이스의 필요성

(2) 포토닉 결정의 원리와 나노 임프린트 리소그래피 활용

그림1. 포토닉 결정의 원리】

그림2. 나노 임프린트 리소그래피(좌) 제작 프로세스, (우)SCIVAX 주식회사제 나노 임프린트 장치 'X-300'의 외관

그림3. 나노 임프린트 리소그래피를 이용한 나노광 디바이스 제작

(3) 포토닉 결정의 특성

그림4. 포토닉 결정의 표면 형상

그림5. 포토닉 결정의 광학 특성

(4) 포토닉 결정을 이용한 애플리케이션

그림6. 포토닉 결정을 이용한 항원항체반응의 검출

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4-2. 국립대학법인 도쿄공업대학

그림7. BiFeO3(좌) 및 BFCO(우의 자기 구조 모식도

(1) BFCO의 스핀구조 변화

그림8. BiFe1-xCoxO3(x=0, 0.05, 0.1, 0.15, 0.2)의 (a)실온에서의 자화곡선 및 (b)자화율 온도 변화

(2) BFCO 박막에서의 전장인가 자화반전

그림9. 전기분극 반전 전(상)과 전기분극 반전 후(하)의 BFCO 박막 실온에에서의 PFM상(좌)과 MFM상(우)

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4-3. 국립대학법인 도쿄대학

(1) 토폴로지컬 포토닉스의 진전

그림10. (좌)반도체 2차원 포토닉 결정의 SEM상 (우)삼각 격자구조의 에어홀 타입 2차원 포토닉 결정의 전형적인 밴드

(2) 밸리 포토닉 결정을 이용한 도파로와 응용

그림11. 밸리 포토닉 결정

그림12. 밸리 포토닉 결정의 밴드 끝 상태의 자기장 위상분포

그림13. 밸리 포토닉 결정의 지그재그 인터페이스에서의 에지 상태

그림14. 일반 포토닉 결정 도파로(좌) 밸리 포토닉 결정 도파로(우)의 광전송 차이

(3) 토폴로지컬 나노공진기와 그 응용

그림15. 토폴로지컬 나노공진기 (좌)토폴로지컬 나노공진기 레이저, (우)코너 상태를 이용한 나노공진기

(4) 토폴로지와 포토닉스의 확대

그림16. 토폴로지와 물성과학의 융합이 새로운 확대를 창출한다

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4-4. 공립대학법인 도쿄도립대학

(1) 원자 두께의 반도체 재료를 자유자재로 접합하는데 성공

그림17. (a)단층TMD (b)이번에 합성한 TMD의 접합구조 모식도

그림18. (a)본 연구에서 개발한 CVD 장치 모식도 (b)다른 조성의 TMD의 결정을 연속적으로 성장시키는 프로세스 모식도

그림19. 합성한 시료에서 조성이 바뀌는 영역의 (a)원자 상 (b)전기적 성질(밴드갭, 국소상태밀도)의 변화를 가시화한 실험결과

(2) 궁극적으로 가는 원자세선으로 이루어진 대면적 박막을 실현

그림20. TMC 원자세선 구조의 모식도

그림21. 기판 상에 합성한 (a)TMC 원자세선이 집적된 나노섬유의 랜덤 네트워크 박막의 SEM 상

(b)한 방향으로 제어되어 성장한 나노섬유의 AFM 상

(c)동일한 방향으로 응집한 TMC 원자세선 나노섬유 의SEM 상과 구조 모델

(3)크라운 에테르 처리에 의한 단층 MoS2의 대기 중 안정성과 효율적인 전자 도핑

그림22. 도판트가 표면에 흡착된 단층 MoS2의 구조 모델과 제작한 전계효과형 트랜지스터의 도프 전후 특성 변화

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4-5. 국립대학법인 홋카이도대학

그림23. (a)개발한 InAs QD와 희박질화 GaAs(GaNAs)의 터널결합구조와 스핀 필터링 증폭을 나타내는 모식도

(b)실온원 편광 발광 스펙트럼과 110℃를 포함한 원편광도

그림24. 반도체 중 전자스핀 편극률의 측정 온도 의존성: 선행보고와 본 연구결과의 비교

그림25. (a)본 연구의 QD/GaNAs 터널결합구조와 비교용 QD에서 실온에서 얻은 원편광 발광강도와 발광 원편광도의 시간 변화

(b)QD의 원편광 발광 특성의 GaAs 터널 배리어 두께 의존성

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4-6. 국립대학법인 요코하마국립대학

(1) QD의 위치 제어

그림26. 양자회로의 실현을 위한 양자점의 위치 제어

그림27. (좌측상단) QD와 나노홀, (좌측하단) 실리카 코트 QD와 나노홀, (우)실리카 코트 QD의 SEM 상

(2) 포토닉 닷(PD)의 형성

그림28. 제작한 PD의 모식도(좌)와 SEM 상(우)

그림29. 플레이너 구조에 의한 회로화 (상)액티브 소자와 패시브 소자의 모식도, (하)PD 어레이, 도파로에 의한 직렬접속, 양자 연산회로의 SEM 상

(3) QD+메타머티리얼 구조

그림30. PD와 메타머티리얼 요소의 조합 (좌)모식도, (우)실물 소자의 SEM 상

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4-7. 국립연구개발법인 이화학연구소

그림31. Si의 억셉터 원자에 결합한 정공의 스핀궤도 상호작용을 나타내는 그림. (좌) Γ점에서 가전자대에는 2개의 분산(LH와 HH)이 있다, (우)HH 및 LH 상태는 기계적으로 완화된 결정에서는 축퇴하고 있다

그림32. 왜곡을 가한 시료의 모식도

그림33. 기계적인 왜곡을 가한 28Si:B 샘플의 시험 (좌)샘플과 스핀공명에 의한 시험 배치 모식도

(우측상단)X선에 의한 결정왜곡 시험 결과, (우측하단)샘플 실물 사진

그림34. 한 에코법에 의한 간섭시간 측정결과

그림35. CPMG법에 의한 간섭시간 측정결과

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5. 양자재료의 장래 전망

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스마트 센싱 시리즈(10) 스마트농업용 센서의 동향~야외농장 편①~(43~55페이지)

~유럽에서는 스마트농업이 보급되기 시작해, 향후 많은 소규모 농장이

　정밀농업을 도입하여 농업용 센서 수요가 더욱 확대~

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1. 들어가며

1-1. 스마트농업과 정밀농업

(1) 일본의 상황

(2) 해외의 상황

그림1. 자동 추종형 농기계의 기능 이미지(상)와 사용 예(하)

(3) 정밀농업과 VRT

1-2. 스마트 농업용 주요 기기 특징

(1) GPS 기능이 있는 트랙터

(2) 트랙터 견인용 임플먼트

(3) GPS 기능이 있는 콤바인/하베스터

(4) 농기계용 GPS 가이던스 시스템

그림2. RTK-GPS 측위 방식 시스템

1-3. 스마트농업용 센서의 특징

(1) 매핑 드론 탑재 센서

(2) GPS 기능이 있는 농기계 탑재 센서

(3) 포장 설치용 센서

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2. 스마트농업용 센서의 시장동향

2-1. 스마트농업의 세계 시장규모

그림·표1. 스마트농업 글로벌 세계 총 시장 구성비(금액: 2020년)]

그림·표2. 야외 스마트농업의 세계 시장규모 추이·예측(금액: 2020-2025년 예측)

그림·표3. 야외 스마트농업용 주요 장치의 세계 시장규모(금액: 2020년)

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일본 상용차 커넥티드(2) (56~64페이지)

~운행관리기기는 트럭물류의 심각한 과제를 해결하는 수단이 될 것인가~

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1. 상용차 시장의 개요

1-1. 대상이 되는 상용차의 구분

그림1. 택시/하이어카·리스카·셰어·렌터카

표1. 트럭의 종류

표2. 트럭의 크기(중량)에 따른 구분

표3. 버스의 종류

1-2. 일본 상용차(영업차)의 비율

표4. 일본의 자동차 소유대수(2021년 2월 말 현재)

그림2. 일본의 자동차 소유대수(2021년 2월 말 현재)

1-3. 트럭물류의 현황

그림3. 물류 사업자의 개요

1-4. 트럭물류의 사업규모와 과제

그림4. 트럭운송의 개요(수량: 2018년 실적)

2. 국가 제언 등

2-1. 사업용 자동차 종합안전플랜 2025

2-2. 스마트물류서비스 실시

표5. 스마트물류서비스 실시

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<<주목 시장 포커스>>

머티리얼 DX 시리즈(2) ~프로세스 인포매틱스~(65~103페이지)

~재료 합성 프로세스는 방법이 다양하고 프로세스 제어 파라미터도 많지만,

　MI기술 구사로 데이터 과학을 적용하는 PI 환경 조성~

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1. 머티리얼 DX의 프로세스 인포매틱스(PI)

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2. 머티리얼 혁신역량 강화전략과 PI

2-1. MPI 플랫폼 구축의 의의

그림1. MPI 플랫폼 계획

2-2. MPI 플랫폼의 목적

그림2. MPI 플랫폼의 목적

2-3. MPI 플랫폼 거점 체제

(1) 쓰쿠바센터: 선진촉매 거점(촉매화학융합연구센터 요시다 마사루 부센터장에게 묻는다)

그림3. 선진촉매 거점 추진과 도입장치

(2) 주부센터: 세라믹·합금거점(극한기능재료연구부문 마바라 이치로 연구부문장에게 묻는다)

그림4. 세라믹·합금 거점의 대응과 도입장치

(3) 중국센터: 유기·바이오재료 거점(기능화학연구부문 신노 히로유키 연구부문장에게 묻는다)

그림5. 유기·바이오재료 거점의 대응과 도입장치

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3. 머티리얼 DX에서의 PI 시장규모 예측

그림·표1. 머티리얼 DX의 PI 일본 국내 및 세계 시장규모 예측(금액: 2025-2050년 예측)

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4. 머티리얼 DX의 PI 관련 기업·연구기관 대응 동향

4-1. 아이크리스탈 주식회사

(1) 아이크리스탈의 업태

(2) 디지털 트윈

그림6. 디지털 트윈을 이용한 프로세스 최적화 흐름

그림7. 소재부터 디바이스까지 단번에 걸친 제조 프로세스에서 반도체 Cyber Factory를 목표로 한다

(3) 사례①: 실험×베이즈 최적화 ~ GaN의 연삭 조건 최적화~

그림8. 사례①: 실험×베이즈 최적화

(4) 사례②: 시뮬레이션×ML~GaN의 HVPE 반응로의 구조 최적화~

그림9. 사례②: 시뮬레이션×ML

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4-2. 국립대학법인 도쿄대학

(1) 분체 프로세스 개발의 하이스루풋화를 위한 데이터 구동형 PI

그림10. 데이터 구동형 분체 PI의 프로세스 예

그림11. 분체 프로세스와 관련된 물리현상

그림12. 요리 프로세스와 비교한 공업 제품으로서의 분체 프로세스

그림13. 분체 PI 구현 예(좌)와 ML 시스템 이미지(우)

(2) 포스트 코로나 사회의 원격화·자율화 기술을 활용한 성인(省人) 제조의 DX 가능성

그림14. 포스트 코로나 사회의 '성인(省人) 랩' 이미지

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4-3. 일반재단법인 파인세라믹스센터(JFCC)/국립대학법인 규슈대학

(1) MI 활용을 통해 새로운 섬유아연석형 결정구조 강유전체 신 재료 발견

그림15. 섬유아연석형 ZnO의 원자구조와 분극반전기구

그림16. MI에 의한 섬유아연석형 결정구조의 강유전체 재료 탐색의 결과

(2) 주사투과형 전자현미경(STEM)을 이용한 원자의 직접관찰과 원자 위치 차이의 가시화 및 MI수법의 적용

①직경 23nm 나노입자에서의 원자 위치 차이의 가시화

그림17. (a)전자현미경 관찰 모식도, (b)각 관찰면에서의 원자 위치 차이의 모식도, 화살표가 차이의 방향과 크기를 나타낸다

그림18. (a)BaTiO3의 STEM상, (b)Ti 원자의 차이 크기와 방향을 나타낸 모식도

그림19. 원자 위치 정밀 결정 시 컴퓨터 프로세스의 흐름

②동작 중 유전체에서의 원자 위치 0.01nm 정밀도 직접관찰

그림20. 「원자분해능 전장인가 전자현미경법」의 모식도

그림21. (a)약 570V/cm의 전압인가 상태에서 관찰된 유전체의 STEM 상,

(b)그림(a)에 대응하는 SrTiO3 결정의 원자배열

그림22. STEM 상에서 원자위치의 오차를 평가한 결과 중 하나의 예]

③ 7pm의 전장유기 왜곡 직접관찰

그림23. (a)BaTiO3의 전장 유/무의 STEM 상

(b)결정 격자의 크기(격자상수)의 분포, (c)인가 전기장과 격자정수 변화의 관계

④머티리얼 DX 적용

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4-4. 국립연구개발법인 물질·재료연구기구(MINS)

(1) 콤비나토리얼 박막합성

그림24. 콤비나토리얼 박막합성 플로우와 복수 원료 동시 증착 모식도

그림25. 콤비나토리얼 재료 탐색의 흐름

(2) 데이터의 축적·연계·이활용

그림26. DX화 시스템 구축

그림27. XRF 조성 2차원 맵핑 사례

그림28. 3인치 기판의 실장 예

그림29. ML을 도입하여 분석한 PYS 데이터

(3) 재료 개발 방법

그림30. 복수 수법의 융합에 의한 재료 탐색

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4-5. 학교법인 메이지대학

(1) 화합물설계·분자설계·화학구조설계

① 물성추정모델 및 활성추정모델

그림31. 분자 설계의 모식도

②회귀분석 및 클래스 분류(모델링)

③분자 설계

그림32. 폴리머 설계를 위한 데이터

(2) 재료 설계

그림33. 열전재료 설계의 모식도

그림34. XRD에 의한 결정구조로부터 ZT가 미지의 유망 재료를 탐색하는 방법

(3) 프로세스 설계

①실험계획법

그림35. 효율적인 프로세스 설계(적응적 실험계획법)

(4) 제어 설계

그림36. 제어설계 모식도

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5. 머티리얼 DX에서의 PI의 과제와 전망

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≪시기적절 콤팩트 리포트≫

히트파이프 시장(104~108페이지)

~냉전기인 지금이야 말로 기회, 기존 용도의 개발 끝에 보이는 새로운 발흥의 싹~

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1. 시장 개황

2. 분야별 동향

2-1. 냉장고, 에어컨용 히트 파이프

2-2. 컴퓨터 히트 파이프

2-3. 일본 히트 파이프 케이스 원료

3. 주목 토픽

3-1. 환경사업으로서 신재생에너지를 활용한 열수송 기술에 기대

3-2. 원조인 우주 관련도 다른 용도에 지지 않고 혁신기술을 추구한다

4. 장래 전망

그림1. 히트 파이프 일본 시장규모 추이 및 예측(금액: 2018-2030년도 예측)

그림2. 히트 파이프 일본 시장의 케이스 원료별 구성비(2021년도)