Yano E plus 2024년 6월호(NO.195)(일본어판)

≪차세대 시장 트렌드≫

혁신적인 나노재료(1)~나노일렉트로닉스 재료~(3~33페이지)

~전자 디바이스는 미세화를 통해 고성능화를 달성해 왔으나,

　미세화 기술의 혁신과 저소비 전력화의 동시 달성이라는 과제에 직면!～

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1. '혁신적 나노재료 시리즈'를 시작함에 있어

1-1. 나노기술과 재료과학

1-2. 나노기술과 재료과학에 관한 지금까지의 행보

1-3. 나노기술과 재료과학에 관한 일본의 강점

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2. 나노전자재료 발전은 계속된다

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3. 나노일렉트로닉스 재료에 관한 시장규모

그림·표1. 나노일렉트로닉스 재료 관련 일본 및 세계 시장규모 예측(금액: 2025-2050년 예측)

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4. 나노전자재료와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향

4-1. 국립대학법인 오사카대학

(1) CLBO 결정

그림1. 신재료 CLBO 결정의 발견

그림2. 반도체 포토 마스크·웨이퍼 검사장치의 모식도

그림3. 개발한 심자외선 레이저 광원의 개념 구성

(2) GaN 결정

그림4. Na 플럭스법과 포인트 시드법의 조합으로 GaN 결정의 신기술

그림5. HVPE법(상)과 OVPE법(하)의 비교

그림6. 벌크 GaN 결정 육성에 의한 GaN 웨이퍼 양산화 기술의 확립

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4-2. 국립대학법인 도쿄공업대학

(1) 전자선 리소그래피에 의한 극한 나노조형

그림7. 선폭 10nm의 백금 나노갭 전극의 SEM 상

(2) 나노 스케일 무전해 금 도금(ELGP)

그림8. 금/백금 나노갭 전극의 단면 TEM 상

그림9. 금/백금 나노갭 전극의 내열성. (a)가열 전, (b)200℃×2시간 어닐링 후, (c)300℃×2시간 어닐링 후, (d)400℃×2시간 어닐링 후

(3) 나노구조 유기규칙화법에 의한 L10 강자성 단결정 나노와이어

그림10. 실리콘 기판 위에 제작한 L10 규칙화 CoPt 강자성 나노와이어(좌)과 자기 특성(우)

(4) 면내 분극을 이용한 2차원 강유전 반도체 비휘발성 메모리

그림11.α- In2Se3 보텀 콘택트 면내 강유전체 메모리의 구조(좌), 100nm 디바이스의 SEM 상(우)

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4-3. 국립대학법인 도요하시기술과학대학

(1) 리튬이온 이차전지(LiB)용 고체 전해질의 고속 액상 합성

그림12. Li10GeP2S12의 고속 액상 합성 프로세스

(2) 고용량, 장수명의 전고체 리튬황(LiS) 이차전지용 양극 복합체 개발

그림13. 유황-탄소 복합체의 제작 공정(상), 전고체 유황 전지의 구성 모식도(좌측 아래)와 사이클 특성(우측 아래)

(3) 차세대 연료전지용 전해질막 개발

그림14. 연료전지의 키 컴포넌트가 되는 무기유기 복합체 전해질막의 모식도

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4-4. 국립대학법인 나가오카기술과학대학

(1) 직류 전압을 인가한 반도체 초격자의 테라헤르츠 이득

그림15. 테라헤르츠 방사선장의 시간 파형

그림16. 반도체 나노박막의 적층 구조의 에너지 밴드

그림17. 테라헤르츠 방사측정장치

그림18. 초격자 시료의 복소전도도 스펙트럼

(2) 전도성 재료를 함유한 나노셀룰로오스 박막의 복소 전도도 스펙트럼

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4-5. 국립연구개발법인 물질·재료 연구기구(NIMS)

(1) 도포형 LED의 효율적인 발광을 위한 콜로이드 NC 분말의 나노구조 제어

그림19. (a)도포형 LED 디바이스의 구조, (b)디바이스 단면 TEM 이미지,

(c)EDS맵, 스케일바: (b)200nm, (c)20nm

(2) 무연 페로브스카이트 NC를 활성층으로 가진 고효율 UV 포토다이오드

그림20. Cs2AgBiCl6 NC(좌)와 Cs2AgBiBr6 NC(우)에 따른 포토다이오드의

디바이스 구성 및 에너지 다이어그램

(3) 단파 적외선(SWIR) 포토다이오드

그림21. (a)리간드 교환 프로세스의 스킴. 리간드의 (a)교환 전과 (c)교환 후의 InSb NC 상의 외관 사진

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4-6. 국립대학법인 홋카이도대학

(1) GaAs계 화합물 반도체 나노와이어의 분자선 에피택셜 성장

그림22. Si 기판 표면에서 형성되는 GaAs/AlGaAs 코어쉘형 헤테로 구조 나노와이어 형성 메커니즘 모식도

(2) 질소, 비스무트 첨가를 통한 새로운 재료 개발

그림23.GaAs/GaNAs/GaAs 멀티 코어쉘

그림24. GaAs/GaAsBi 헤테로 구조 나노와이어의 표면 SEM 상. 위는 확대도

그림25. GaAs Bi 나노와이어의 원소 분석

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5. 나노전자재료에 관한 장래 전망

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센서&앱 시장성 탐색(2) 자기센서 ②수요분야별 예측·기업 전략(34~58페이지)

~안정 성장의 산업기기용·민수용과 자동차 BEV화로 변모하는 자동차용 자기센서, 수요 상과 늘어나는 MR식~

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1. 자기센서 수요분야별 시장 동향

1-1. 자기 센서의 수요 분야 전체상

표1. 자기센서의 수요분야 일람

1-2. 자기센서 수요분야별~2035년 예측

표2. 자기센서 수요 3개 분야별 세계 시장규모 추이 예측(수량·금액: 2022-2035년 예측)

1-3. 자기센서 수요분야별 시장비율 추이 예측

표3. 자기센서의 세계 수요 3분야별 비율 추이 예측(수량·금액: 2022-2035년 예측)

그림1. 자기센서 수요분야별 세계 시장 추이 예측(수량: 2022-2035년 예측)

그림2. 자기센서 수요분야별 세계 시장 추이 예측(금액:2022-2035년 예측)

그림·표1. 자기센서의 세계 수요 3개 분야별 비율(금액: 2023년)

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2. 자기센서 세계 메이커 동향

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3. 자동차 자기센서 주요 메이커 동향

3-1. 자기센서의 자동차 분야용 동향

3-2. 자동차 부품별로 본 자기센서 탑재 동향

표4. 자동차 부품별로 본 자기센서 탑재 동향

3-3. 자동차 부품별로 본 자기센서 탑재 동향

(1) TDK 주식회사 'TMR 자기센서'

그림3. TDK의 TMR 센서

표5. TDK가 생각하는 MR 자기센서 참여 기업

(2) 주식회사 덴소 '고감도 MRE 자기센서'

(3) AllegroMicroSystems(미국) '자동차 기기용 3D 자기위치 센서IC'

(4) Melexis NV, MELEX (벨기에) 3D 포지션 홀 센서(자기센서) ‘Triaxis®’

(5) Continental AG(독일) '자동차 모터 제어용 유도형 고속회전 위치센서 eRPS'

그림4. 콘티넨탈의 BEV용 센서

(6) 교세라 주식회사 '전자식 바이크 스로틀 내장 자기센서'

그림5. 교세라의 전자식 바이크 스로틀 내장 자기센서

(7) 히타치Astemo 주식회사 ‘모터 ABS 시스템 내장 자기활용 차륜속 센서’

(8) 도요타합성 주식회사 '랩 에어백 내장 자기센서'

그림6. 도요타합성의 랩 에어백 내장 자기센서

(9) 주식회사 아이신 'e악셀용 자기센서'

(10) 주식회사 무라타제작소 ‘자동차용으로 AMR 제공’

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4. 민수분야 자기센서 시장 동향

4-1. 민수용 자기센서 품목별~2035년 예측

표6. 민수용 자기센서 수요분야별 세계 시장규모 추이 예측(수량·금액: 2022-2035)

4-2. 민수용 TMR 자기센서 시장 동향

(1) HDD용 TMR 가능성

(2) MRAM(자기저항 메모리)용 TMR의 가능성

5. 산업분야의 자기센서 메이커 동향

(1) 주식회사 케이멕스의 동향 '분사화한 산업용 자기센서 메이커'

표7. 케이멕스의 분사화

그림7. 케이멕스 오토메이션의 제품군

(2) 주식회사 마그나의 동향 ‘자석과 테슬라 미터(자력센서)’

그림8. 마그나 '네오 짐 자석'

그림9. 마그나 ‘핸디형 테슬라 미터’

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스핀트로닉스 디바이스(2) ~스핀 집적회로~(59~84페이지)

~스핀트로닉스 기술을 논리회로에 도입하면,

　전자기기의 대기전력 제로가 가능해져 소비전력을 대폭 저감한다~

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1. 스핀집적회로란

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2. 스핀집적회로의 특징

2-1. 고속동작

(1) 스핀전송에 의한 고속통신

(2) 스핀궤도 상호작용의 활용

(3) 스핀수송의 최적화

2-2. 저소비전력

(1) 스핀전송의 효율화

(2) 스핀궤도 상호작용의 이용

(3) 스핀의 장시간 유지

2-3. 비휘발성

(1) 공간절약

(2) 고속화

(3) 에너지 절약

(a) 설계 복잡성

(b) 코스트

2-4. 스케일러빌리티

(1) 스핀전송 제어

(2) 스핀배치 제어

(3) 에너지효율 최적화

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3. 스핀집적회로에 관한 시장규모

그림·표1. 스핀집적회로의 일본 및 세계 시장규모 예측(금액: 2025-2045년 예측)

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4. 스핀트로닉스 디바이스와 관련된 기업·연구기관의 대응 동향

4-1. 국립대학법인 오사카대학

(1) 스핀류를 이용한 고감도 자기센서의 원리 해명

그림1. 스핀류가 발생하는 메커니즘. 강자성체에서 비자성체의 좌측에 전류 JC를 흐르게 하면, 강자성체와 비자성체의 전기화학 퍼텐셜(µ)의 차이로 비자성체의 우측에는 전류가 흐르지 않는데도 스핀류만이 유도된다

그림2. Pd92Ni8 합금의 스핀홀 신호의 온도의존성. 강자성체에서 상자성체로 전이되는 온도 T=21K 부근에서 ISHE에 이상이 나타나고 있다

그림3. 스핀홀 효과(SHE)의 모식도. 강자성체 스핀(핑크색 구)이 퀴리온도 부근에서 흔들리는 곳에 스핀류(JS)를 주입하면 전압 신호(JC)에 이상이 생긴다

(2) 스핀류를 이용한 자기 흔들림의 고감도 검출

그림4. ISHE 신호가 감소하는 메커니즘

(3) 스핀류에서 관측된 쩔쩔맴 자성체의 spin treacle 영역

그림5. 다른 온도 영역에서 CuMnBi의 스핀홀 각. 스핀홀 각은 ISHE를 측정함으로써 얻을 수 있다.

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4-2. 국립대학법인 도호쿠대학

(1) 에지 AI가 초래하는 비휘발성 로직 인 메모리 아키텍처

(2) 비휘발성 로직 회로 방식의 특징

그림6. 기존의 반도체 LSI(상)와 비휘발성 로직 LSI(하)의 비교 이미지

그림7. 기존 방식과 비휘발 로직 방식의 비교. 기존 휘발 메모리를 이용한 방식에서는 전원 OFF로 기억 데이터가 파괴되어 버리기 때문에 대기 중에도 통전해 두지 않으면 안 되며, 결과적으로 불필요한 전력을 소비(하). 한편 비휘발성 메모리를 사용하면 대기 중에 전원 OFF해도 데이터가 유지된다

(3) 비휘발성 로직 회로의 구성 예

그림8. 스핀트로닉스 소자를 이용한 비휘발성 마이크로 컴퓨터의 사례

그림9. 제지용 마이크로 컴퓨터로서의 성능 비교

(4) 비휘발성 디바이스의 추가 기술 전개 가능성

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4-3. 국립대학법인 히로시마대학

(1) 레이저를 이용한 광스핀 제어

그림10. 광조사에 의한 전자 방출의 개념도

그림11. 전자스핀의 빛 제어 개념도

(2) 전자·스핀의 운동을 가시화하는 주사형 SARPES 현미경 장치 개발

그림12. 본 연구팀이 히로시마대학 방사광과학연구소(HiSOR)에서 개발한 주사형 SARPES 현미경의 개략도

그림13. 연구팀이 관측하는 데 성공한 토폴로지 절연체의 미소한 표면에서 다른 스핀류가 발생하고 있는 모습

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5. 스핀집적회로의 과제와 장래 전망

5-1. 과제

5-2. 장래 전망

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≪차세대 전기 시리즈≫

차세대 전지 시리즈(7) 레독스흐름전지(85~104페이지)

~신재생에너지 확대에 따른 장시간 운용 ESS 수요 증가

　새로운 전해액 개발이 향후 경쟁력 강화의 열쇠~

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1. 들어가며

1-1. 레독스흐름전지란

그림1. RF전지의 구성

표1. RF전지 셀 구성 부재

그림2. VRF 전지의 구조와 동작 원리

1-2. 레독스흐름전지의 특징

표2. RF전지의 주요 특징(도입 장점)

①장수명

②안전성

③설계유연성

그림3. RF전지 설계의 자유도(고출력형~대용량형)

④관리용이성

⑤밀리초 오더의 순간응답성

그림·표1. RF전지의 제조비용 구조(금액: 2017년)

1-3. RF전지 기술개발 동향

그림4. RF전지의 유로 구조와 전해액 유동)

그림5. 철흐름전지의 동작 원리 및 셀 유닛 파워모듈

그림6. LE 시스템의 바나듐 회수/전해액 제조 프로젝트

1-4. RF전지 시장 동향

(1) 탄소중립을 위해 각국이 신에너지 도입을 추진

(2) 신재생에너지 도입 증가에 따른 장시간형 축전지의 필요성

1-5. RF전지 시장 전망

그림·표2. RF전지의 세계 시장규모 추이·예측(수량: 2022-2035년 예측)

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2. 주목 기업·연구기관의 대응

2-1 스미토모 전기공업 주식회사

그림7. VRF전지 탑재 ESS 이미지

표3. VRF전지 탑재 컨테이너형 ESS 제품의 사용

2-2. 주식회사 LE시스템

그림8. LE시스템의 VRB 전해액 제조 플로우

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≪주목 시장 포커스≫

광전융합(105~133페이지)

~경제산업성 ‘차세대 디지털 인프라 구축’ 프로젝트

　차세대 광통신 기술을 활용하여 전력 효율 향상, 대용량, 저지연 실현~

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1. 빛의 시대로

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2. 광전융합기술

3. 광전융합에 관한 시장규모

그림·표1. 광전융합의 기술 구분별 시장규모 예측(금액: 2026-2036년 예측)

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4. 광전융합기술 관련 기업·연구기관의 대응 동향

4-1. NTT(일본전신전화 주식회사)

(1) IOWN 구상

그림1. IOWN 구상의 전체 이미지

그림2. IOWN 로드맵

(2) IOWN의 이점

그림3. IOWN의 장점

(3) APN IOWN1.0 서비스 개시

그림4. 시동된 IOWN1.0

(4) IOWN2.0 컴퓨팅 영역으로

그림5. 개발 중인 광엔진/스위치보드의 이미지

(5) IOWN3.0～4.0

그림6. IOWN3.0의 Proof-of-Concept

(6) IOWN에 따라 달라지는 사례

①데이터센터

②건설기계의 원격 조작

그림7. IOWN에 의한 건설기계 원격 조작

③리모트 프로덕션

(7) IOWN Global Forum

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4-2. NTT DATA (주식회사 NTT데이터그룹)

(1) 차세대 네트워크/컴퓨팅 구상 ‘IOWN’

그림8. IOWN의 주요 기술

①올포토닉스 네트워크(APN)

②데이터 허브

그림9. 데이터 허브의 개요

③디지털 트윈 컴퓨팅(DTC)

그림10. 디지털 트윈 컴퓨팅의 개요

④APN IOWN1.0 서비스 시작

⑤향후 IOWN 확대 로드맵

그림11. IOWN 확대 로드맵

(2) IOWN으로 실현하는 소사이어티 DX의 세계~사이버퍼스트와 디지털 트윈 융합

그림12. 소사이어티 DX의 구상

그림13. DTC에 따른 미래 사회 창조

(3) 소사이어티 DX를 실현하는 사회 DTC 기반 기술

그림14. 사회 DTC 기반을 사용한 새로운 가치·사업 기회 창출

①DTC 프레임워크 기술

그림15. 사회 DX에 필수적인 사회 DTC 프레임워크

②안심하고 안전한 데이터 활용을 가능하게 하는 데이터 연계 기술

(4) 사회 디지털 트윈 컴퓨팅의 대처 사례

①수요예측 디지털 트윈(푸드로스 삭감) 사례

그림16. 푸드로스 억제 시스템 사례

②관광자원 디지털 트윈(최적 관광루트 시뮬레이션) 사례

그림17. 여행자의 기호에 맞춘 최적 회유 루트의 시뮬레이션 사례

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4-3. 학교법인 게이오기주쿠대학

(1) 마이크로 광컴

그림18. 초소형 테라비트 펄스열 발생장치

(2) 마이크로 광컴에 의한 초병렬 광전송

그림19. 다거점 간 시공간 동기 디지털 트윈

그림20. 다거점 간 초병렬 광전송 시스템 구성기술

(3) 마이크로 광컴에 의한 300GHz 초주파수대 소자 고기능화 연구개발

그림21. 25GHz 간격의 마이크로 광컴 생성과 노이즈 성능 평가를 위한 실험 셋업의 모식도

(4) 광전융합·이종재료 집적

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4-5. 국립대학법인 도쿄대학

(1) 실리콘 포토닉스의 발자취

그림22. 일본의 실리콘 포토닉스에 관한 국가 프로젝트

(2) FIRST 'PECT 프로젝트'

그림23. QD 레이저 탑재한 실리콘 광집적 칩(좌), 25~125℃까지의 온도영역에서의 동작 실험 결과(우)

(3) NEDO 'Integrated PECST 프로젝트'

그림24. 광 I/O 코어칩의 구성

그림25. MBE를 이용해 실리콘(100) 기판 위에 형성된 QD 레이저. 단면 모식도(상), SEM 상(하)

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5. 광전융합기술의 장래 전망

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비클 OS/HAL의 동향(1) (134~141페이지)

~최근 BEV의 감소로 차세대 자동차(SDV)의 행방이 불투명해져~

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1. 치열한 자동차 시장의 움직임

1-1. BEV 시장의 변조

그림1. 2021년경까지 자동차 시장의 움직임

그림2. 2021년 이후 2023년 말 시장의 급변

1-2. CASE의 실현 접근법

표1. 2021년 당시 주요 기업의 비클 OS에 대한 대처

1-3. 도요타자동차의 움직임

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2. 비클 OS와 HAL(Hardware Abstraction Layer)

(1) 비클 OS의 변화

그림3. VW.OS의 아키텍처라고 생각되는 개념도

그림4. Arene의 아키텍처라고 생각되는 상정도