TechManage - Tech Manage 技術シーズ , 工業科学_光TechManage - Tech Manage 技術シーズ , 工業科学_光https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/工業科学_光Sun, 22 Mar 2026 21:41:12 -0700http://zoho.com/sites/<![CDATA[スマホやタブレットを3次元空中ディスプレイ化する、新開発デバイス]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-04377b

Advantages

  • iPhoneやiPadに装着することで空中に3次元立体像を提示することができるアタッチメント
  • 3DCGデータを元に、大学開発のソフトがリアルタイムに立体像を描画
  • カメラによる観察者位置のトラッキングで、視点に応じた立体像を提示
  • 左右方向だけでなく、上下方向にも視差があるので、頭を傾けても立体感を維持できる
  • スマホやタブレットを使い、手軽に立体表示ができる。3Dコンテンツの利用シーンの拡大に期待

Background and Technology

スマートフォンやタブレットに取り付けることで、裸眼での３次元立体視を可能にする、新しいデバイスを提案します。特殊なレンズでできたアタッチメントと専用のソフトウェアを組み合わせることで、立体視を実現します（図１）。iPhoneやiPad画面には専用ソフトでリアルタイムに描画する多視点像を表示します（図2）。iPhone/iPad内臓のカメラで、観察者の目の位置と方向を検出し、その情報に応じて角度が付いたように見える空中立体像を表示します。
アタッチメントは、特殊なレンズとレンズを把持するフレームからなります。フレームにはレンズを入れる溝が2か所あり、ディスプレイ面に近い位置にレンズを挿入すると奥に虚像、遠い位置に挿入すると手前に実像が提示されます。図3はタブレットに装着できる、本技術のアタッチメントです。レンズには入り合いレンズアレイを使用しています。入り合いレンズアレイとは、フレネルレンズを多数並べたレンズアレイを改良したもので、図4に示すように隣り合うフレネルレンズの構造を足し合わせたような構造になっています。これにより、見る方向を変えたときに違和感が少ない、滑らかに見る角度が変わる立体像を提示します。

本技術では、両眼視差だけでなく運動視差も提示します。また、左右方向だけでなく、上下方向にも視差があるので、頭を傾けても立体視が維持されます（図5）。本レンズを装着することで、既存のモバイルデバイスを利用して手軽に立体表示が可能となり、幅広い分野での活用が期待されます。 

Expectations

筑波大学では、本技術にご興味のあるスマホアクセサリメーカー、AR/VR関連企業、教育・医療用機器企業、さらには広告・展示系企業を探しています。本発明に関しご関心がありましたら、技術情報についてご相談できますので、まずは研究者との面談してみませんか。
また、筑波大学との秘密保持契約締結による未公開データ等の開示のほか、本テーマに関する共同研究や、技術および発明の一定期間における有償評価（MTA契約／優先交渉権等のオプション設定）についてご検討いただくことも可能ですので、お気軽にお尋ねください。

Patents

特許第6411025号　他特許や出願が多数。

Researchers

掛谷英紀　准教授（筑波大学　システム情報系　知能機能システム専攻　視覚メディア研究室）　

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]]>Mon, 23 Jun 2025 11:43:21 +0900<![CDATA[反射面を精密かつ大胆に変形できるX線ミラー、X線顕微鏡]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-05203

Advantages

  • 圧電素材（ニオブ酸リチウム）を使い、電気でミラーの形を微調整
  • 複数の圧電素材を重ねる構造により、大きく正確なミラー変形を実現
  • 電極配置を層ごとにずらす工夫で、ミラー表面を均一かつ高精度に変形制御
  • X線顕微鏡やその他波長の光学系を精密制御し、さらなる高解像度化、高品質化に寄与
  • 新しい光学系技術として導入する企業を探索中

Background and Technology

X線を反射するミラー（X線ミラー）は、高い空間分解能を持つ非侵襲的なイメージング技術であるX線顕微鏡の結像光学系に用いられている。X線ミラーは良質な光学系を構成できる一方で、X線を反射する表面を非常に緻密に加工しなければならず、製造や使用時の校正が容易でないという課題がある。
名古屋大学工学研究科の松山智至教授と井上陽登助教は、反射面の表面形状を微細に調整できる新しいX線ミラー「形状可変ミラー」を開発した。このミラーは、ニオブ酸リチウム（LiNbO3、「LN」と呼ぶ）という素材でできている。LNは電圧が加わると形状が変化する「圧電効果」を示す素材であり、これをミラーの基材に用いることで、使用中でも表面形状を微調整することが可能となる。実は、この形状可変ミラーは数年前に松山先生らによって一度開発されたものである。しかし、当時はLNを一層しか使っていなかったために問題が発生した。今回の形状可変ミラーは次の2つの問題を新開発の工夫によって解決した。
    1. 問題：LNには印加できる電圧に上限があり、つまり変形量に限りがある。反射面を制御するにはその変形量では足りなかった。
      →　解決：LNの層を複数積層した基板構造（図1参照）とすることで、1層のLNでは得られなかった大きな変形を実現した。
    2. 問題：電圧を印加するための電極同士が近過ぎるとショートしてしまうため、電極の間には一定の隙間が必要。そのため、ミラーの表面を均一に変形することができない。
      →　解決：複数のLNを積層して基板を構成する際に、それぞれの層ごとに電極の配置をずらす工夫を施した。これにより、ミラーを均一に変形することに成功した。
図1　左：従来の単層型LNによる形状可変ミラー。右：本技術で開発した、多層接合型の形状可変ミラー。

Data

図1に示すミラーについて有限要素法による変形シミュレーションを行い、その結果を図2に示す。本ミラーは、厚さ4 mmの基板1枚と0.5 mm厚の基板複数枚で構成され、全体の大きさは約20 mm角である。電極は幅1 mm、電極間隔も1 mmに設定されている。図2の結果から、本技術により0.1 nmレベルの極めて高精度な反射面制御が可能であると期待される。
現在、図1に示す構造のミラーを実際に製造し、その性能評価を進めている。単層型に比べて変形量を数倍大きくできることを確認した（単層型が約15 nm/Vに対して、本技術は約54 nm/V）。また、電極ごとに個別に電圧を印加したところ、該当部位のみが精密に変形し、想定どおりの挙動を示すことが確認された。本ミラーが設計通りに動作していることから、X線像のさらなる高解像度化および画質向上が見込まれる。

図2　変形量のシミュレーション結果

Expectations

本技術を採用したX線ミラーや、そのX線ミラーを搭載したX線装置を製品化する企業様を探しています。ぜひ、貴社の次世代事業として導入をご検討ください。また、本技術はX線に限らず、紫外線や可視光にも適用できます。光学系にお悩みでしたらぜひご相談ください。製品化を進めていただくにあたっては、以下のよう段階を経て、技術や知見を大学から提供できます。

  • ご質問への対応
  • 先生とのご面談による詳細説明
  • ＮＤＡ締結下での情報交換
  • 共同研究
  • 特許ライセンス

Patents

  • 特許出願済み。未公開

Publication

Researchers

松山智至　（名古屋大学　工学研究科　教授）
井上陽登　（名古屋大学　光学研究科　助教）

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]]>Mon, 26 May 2025 16:04:29 +0900<![CDATA[ロバスト性が高く、設計・製造・設置・保守コストが削減できる、X線顕微鏡]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-03329

Advantages

  • 新しいX線結像光学系の提案。KBミラー技術をさらに進めた高性能・低コスト。
  • 2つのミラーを一体にした「レンズ」を開発。X線透過像を高倍率で拡大する機能を発揮。
  • レンズの設置の精度が悪くても、光学系が吸収し、高い解像度を維持。
  • 振動や熱などによるズレも吸収するので、ランニングコストも低減。
  • 新しいX線顕微鏡製品として導入する企業を探索中。

Background and Technology

X線顕微鏡は、X線の高い透過性を活かしたイメージング装置として活用されている。代表的なX線の斜入射光学系として、Kirkpatrick-Baezミラー（KBミラー）が知られている。KBミラーは色収差を生じないが、コマ収差があるため、結像光学系としての利用が難しかった。名古屋大学工学研究科の松山智至教授は、KBミラーを改良してコマ収差を生じないようにした新しい光学系、Advanced KBミラー、を開発した（論文1、2参照）。これは4枚の凹面ミラーを組み合わせたもので、X線顕微鏡の対物レンズとして機能する。
このたび、松山教授は、さらに新しいX線の結像光学系を開発した（論文3参照）。この光学系は、X線における「凹レンズ」と「凸レンズ」からできている。松山教授は、双曲線でできた凸面ミラー2つをV字型に一体にした構造が、X線において凹レンズとして機能すること、そして、双曲線の凹面ミラーと楕円の凹面ミラーをV字型に一体化した構造が凸レンズとして機能することに着目した。これを下図のように組み合わせたものが今回提案する結像光学系である。本光学系は、KBミラーと同様に色収差がないだけでなく、Advanced KBミラーと同様にコマ収差も生じないため、X線顕微鏡の光学系として非常に適している。

本光学系の大きな特徴は、高いロバスト性とそこから来る低コスト化にある。X線光学系はミラーの配置（位置・角度）に非常にシビアであり、ナノ・マイクロメートルレベルのズレが解像度に影響する。しかし、本光学系では、上図の紙面に垂直な方向の回転のズレに対してロバストである。実際、回転ズレが数～数十マイクロメートル程度ある場合と正しい位置とでシミュレーションすると、点広がり関数（Point Spread Function）はほとんど同じだった。これまでのX線光学系はミラーをそれぞれ1枚ずつ配置していたが、本光学系は2枚のミラーが一体でレンズを構成するためにロバストになっている。つまり、X線顕微鏡の設計や製造段階で許容できるズレが大きいためにコストが削減できるだけでなく、据え付けや保守の段階においても振動や熱などの影響をうけにくいためにランニングコストも削減できる。

Expectations

松山先生は、本光学系を採用したX線顕微鏡を製品化する企業を探しています。ぜひ、貴社の次世代事業として導入をご検討ください。
以下のような段階を踏んで情報や知見を提供でき、貴社での本技術の導入の検討・事業化の支援をご相談できます。
  • ご質問への対応
  • 先生とのご面談による詳細説明
  • ＮＤＡ締結下での情報交換
  • 共同研究
  • 特許ライセンス

Publications

Patents

Researchers

松山　智至　（名古屋大学　工学研究科　教授）


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]]>Wed, 28 Aug 2024 13:33:31 +0900<![CDATA[画面から大きく飛び出して立体的に見える、裸眼3Ｄ表示、タブレット端末アタッチメント]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-04377a
手軽で高性能な裸眼3Ｄ表示を可能にする、スマートフォン・タブレット・ディスプレイ向けの特殊アタッチメントを開発しました。筑波大学では、このデバイスを商業化するパートナー企業を探しています。

Advantages

  • タブレット端末にかぶせるだけで、３Ｄディスプレイ化。メガネなど必要なし
  • 顔を傾けると、表示されたオブジェクトも角度が変わる。顔認識によって見ている角度を映像にフィードバックする。
  • ディスプレイから10 cm以上飛び出した表示ができ、強いインパクト立体像が見える。
  • 飛び出した表示（実像）だけでなく、奥行きのある表示（虚像）も対応。

Background and Technology

筑波大学システム情報系准教授の掛谷英紀先生は、メガネのような装着が不要で、手軽に使えて、しかも安価な3Ｄ表示デバイスを開発しました。

＜本技術の原理＞
通常の2次元画像を表示するディスプレイとそれに装着するレンズデバイス（入れ合いフレネルレンズアレイ）で構成される。
ディスプレイに表示される特殊な分割処理を施した画像を、レンズデバイスを通して見ることで、画像がディスプレイから浮かび上がるように立体的に見える。また、顔認識機能を組み合わせることで、ユーザーの目線に合わせて角度を付けた立体画像が見える。

＜技術の特徴＞
  • タブレットにアタッチメントを取り付けるだけで、画像が飛び出して見え（図1）、その3Ｄ像は顔の動きに合わせて常に適切な角度で表示される。
  • デバイスは、2Ｄ表示ディスプレイ・アタッチメント式のレンズアレイ・顔認識用のカメラのみ（図2、4）。他に、3Ｄ表示に必要な加工を施す画像処理ソフトウェアを開発した。このソフトは、図3のような画像を、カメラが認識した顔の方向に合わせてリアルタイムに生成する。
  • アタッチメントは樹脂製で軽量。アタッチメントとディスプレイの距離が狭いため、デバイス全体の厚みが薄い。
  • ３D画像は画面からの非常に大きく（10 cm程度）飛び出して見え、特別感のある表示になる。また、逆にディスプレイの奥に引っ込んだ表示もでき、この奥行きも非常に大きい。
  • 静止画、動画とも対応。解像度も十分高く、フレームレートも高い。
＜アプリケーションの提案＞
  • アパレルやアクセサリのサンプル画像や試着イメージ。
  • 住宅や家具の立体表示。組み立て説明書の立体化も。
  • 書籍の挿絵
  • デジタルサイネージ。公告用の大型画面にも対応可能
  • 自宅のタブレットやＰＣにアタッチメントを付けることで、手軽な立体視が可能に。
  • ディスプレイとレンズアレイを一体にするスマートな構成も作製可能。

Expectations

現在、本技術を元にした製品や新規事業をお考えの企業を募集しています。貴社にて本技術による3Ｄアタッチメントを製造販売しませんか？
大学と秘密保持契約を締結することで、詳しい技術内容を開示します。また、筑波大学から実施許諾を受けることで、貴社事業として本技術を採用できます。

Patents

特許第4660769号、特開2024-10422　他特許や出願が多数。

Researchers

筑波大学　システム情報系　准教授　掛谷英紀

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]]>Tue, 16 Apr 2024 11:30:03 +0900<![CDATA[リアルタイム膜厚測定装置]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/HK-00258c
スペクトルズーム機能と、測定データ点数の大幅な削減による超高速データ取得・解析で、半導体ウエハやフィルム、FPDなどの膜厚の全エリア・全数検査が可能

Advantages

  • スペクトルズーム機能(ハードウェア)：既存の分光器にスリットを2枚装着するだけでスペクトル分解能が５倍以上アップ
  • 測定データ点数の大幅な削減(ソフトウェア)：スパース主成分分析を用いた機械学習により、測定する干渉スペクトルのデータ点数を10点以下に削減することで、データ取得・解析時間を超高速化
  • 薄膜フィルムを、干渉スペクトルのデータ点数3点で、高い精度で膜厚推定できることを実証済み
  • 半導体ウエハやフィルム、FPDなどの膜厚のリアルタイムイメージングが可能になる

Background and Technology

半導体ウエハやフィルム、FPDなどの膜厚を瞬時にマッピングしたいとのニーズはあるが、現状は1箇所の計測(データ取得と解析)あたり0.1-10秒を要するため、試料1枚を25箇所計測するだけで30秒近くかかっている。
本発明者は、小型で安価な既存のマルチチャネル分光器をベースに、モアレ効果(*)を適用し入口と出口にスリットを装着するだけで、スペクトル分解能を５倍以上向上させることができた。さらに、あらかじめ対象試料から取得した複数の干渉スペクトルのデータからスパース主成分分析を用いた機械学習を行い、測定する干渉スペクトルのデータ点数を10点以下に削減することで、データ取得・解析時間を超高速化した。
これにより、これまで困難であった半導体ウエハやフィルム、FPDなどのリアルタイムイメージングが実現し、膜厚の全エリア・全数検査が可能になる。
* T. Konishi et al., “Super spectral resolution beyond pixel Nyquist limits on multi-channel spectrometer,” Optics Express, Vol. 24, No. 23, pp. 26583-26598, 2016 (November 9, 2016)

Expectations

テックマネッジ株式会社では、大阪大学からの委託により、本発明のライセンス導入による製品化・実用化をご検討いただける企業を探しています。大阪大学との秘密保持契約の締結による未公開データ等の開示の他、本発明者とのご面談も可能です。

Patents

PCT/JP2014/001316、特願2014-185152 、PCT/JP2017/024479、PCT/JP2020/013495

Researcher

小西毅(大阪大学工学研究科　准教授)


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]]>Fri, 13 Oct 2023 13:50:44 +0900<![CDATA[安価で高性能な表面起伏型光学ディフューザー]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-04394
～シンプルな設計で高透過率、広角拡散かつ低波長分散を実現～

Advantages

  • ナノ構造の回折広がりに基づき、90%の高透過率、広角拡散（半値幅で～83°）かつ低波長分散を実現
  • 複雑な分布関数を必要としないシンプルな表面ナノパターン設計で作製可能
  • 撥水性による自浄作用あり。また保護フィルムによる被膜が可能

Background and Technology

光学ディフューザーは、光を様々な方向に拡散するための部品であり、照明・液晶ディスプレイ・窓のような日常的な用途以外にも、レーザー光学、化学センサー、医療などで広く利用されている。光を拡散する手法は複数ある。例えば、シンプルな体積型（バルク型）は多重散乱により光を拡散するが、透過率が低い（50%未満）・拡散形状の自由度が低い（等方的に限定）との問題がある。一方、ホログラフィックディフューザーに代表される表面起伏型は高透過率（85%以上）で拡散形状が制御できるが、一般的に、光の屈折に起因する波長分散が生じる・拡散範囲が狭い（50度程度）・汚れや機械的衝撃に弱いという問題がある。
大阪大学の齋藤准教授らは近年、モルフォ蝶の光拡散特性に着想を得た新たな表面起伏型のディフューザーを開発し、85%の高透過率、広角拡散（半値幅が70度）かつ波長分散を抑制する（アクロマティックである）という優れた特性の両立に成功した（資料１参照）。しかし、この方法はガラスなどの表面に高さが異なり幅が数100ナノメートルの凹凸を作っており、狙った性能（透過性・拡散性）を持つ表面のナノパターンを設計することが難しいことや、その難しさから拡散角を制御しにくいこと、表面ナノパターンが汚れや機械的衝撃に弱いなどの課題を残していた。
齋藤教授らは今回、さらに技術を改良し、表面のナノパターンをシンプルに設計する手法を開発した。従来のように高さの異なる凹凸ではなく、高さが一定になる凹凸を使うことで設計による性能の制御をしやすくしている。また、ナノパターンを正方形や長方形の組み合わせにすることにより、拡散形状を円形や楕円型にしたり離心率を自由に設定することができ、光学素子としての使い方が増すと考えられる（図a）。数値的なシミュレーションでは、透過率90%でありながら、74度の円形拡散や、長径が74度・短径が16度の楕円型拡散といった異方性のある拡散が可能である。また、実際に、電子線リソグラフィとドライエッチングを用いてSiウエハ上にパターニングしたのち、PDMSにナノインプリントを施すことでディフューザーを作製し、想定通りの特性を得られている（図b）。加えて、表面ナノパターンがトータス効果による疎水性を持つことや、表面ナノパターンの上に保護層を設けることで拡散性能を保持したまま機械的衝撃から守ることができるなど、機能性の向上も期待される。

Expectations

大阪大学は、本技術を用いた光学ディフューザーの製品化にご関心を持つ企業様や、光学ディフューザーを照明や光デバイス、窓などの自社製品・事業に導入したいとお考えの企業様を募っております。開発者とのオンライン・オフラインでの打合せによる技術説明や、フィジビリティスタディのためのサンプル提供、共同研究などを通した製品開発、そしてライセンス契約による事業化、といった流れで、貴社に技術をお使いいただけます。

Publications

  • 資料１：今回ご紹介技術の2021年度時点の成果をOptics Express Vol. 29, Issue 19, pp. 30927-30936 (2021)　にて報告しております。現時点ではさらに発展しており本記事記載のようなパターン構成になります。

    https://doi.org/10.1364/OE.436193

Patent

特許出願中

Researcher

大阪大学　工学研究科　准教授　　齋藤　彰

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]]>Tue, 07 Feb 2023 16:53:55 +0900<![CDATA[分解能を二桁向上する、三次元形状の非破壊光計測技術]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-04187

Advantages

  • 光波散乱計測(scatterometry)の汎用性を向上する新技術
  • 半導体構造、微粒子形状、不純物付着検知、生体構造（細胞形状）、などの観察に応用可能
  • 可視光を用いて、数ミクロンサイズの血管の形状をサブミクロンの精度で測定できることを実証
  • 軟Ｘ線を用いて、セラミックス表面にある、数十ナノの微細構造形状を測定できることを実証
  • ワンショットで3次元形状を測定でき、非破壊的なハイスループット処理が可能。時間分解能は1ms以下が可能
  • 深い焦点深度で、振動の影響が小さい

Background and Technology

近年、半導体プロセスの微細化に伴い、その検査に必要とされる検出装置の精度はサブミクロン程度の非常に高いものが要求されている。また、半導体に限らず多くの分野で、異物や傷の検査は重要である。今回、そうした微小物の検出手法として、光散乱計測を提案する。光散乱計測とは一般に、物体表面で起こる反射光や散乱光を解析することで、その表面にある傷や付着した異物を検出する技術である。非破壊であることや、試料の事前加工などなしにその場観察できること、など利点が多数ある一方で、従来の光散乱計測では、光源の波長や強度の不安定性や、観察ターゲットの形状・大きさ・複素屈折率の揺らぎなどの影響により、ターゲットの形状を厳密に測定することには難しく、精密な計測が必要な昨今ではさらなる技術革新が求められる。

筑波大学数理物質系所属伊藤教授らの研究グループは、新たな光波散乱計測(scatterometry)の技術を開発した。
  • 非周期構造（孤立系）にＲＣＷＡ（Rigorous Coupled-Wave Analysis）を適用し、孤立した微粒子や細胞等汎用的な試料の表面形状の計測を可能にする技術を開発。
  • 非周期構造の散乱パターンが、集光点と被対象物の位置関係によって大きく変化すること、及び、コントラストが最大になる位置は集光点が微粒子の直前にあるときであることを可視光で明らかにした。これにより、再現性良く孤立構造の散乱パターンを計測することを可能にした。
  • 高分子を観察する場合、内部構造により、コヒーレントな光がインコヒーレント（干渉性がなくなる）になってしまう。この際のＲＣＷＡの適用方法を開発し、光吸収性の膜に適用し実験結果を再現した。膜の内部構造が未知で、入射光のコヒーレンシーが大きく低下する場合にも、計算を可能にした。
  • 軟X線を孤立構造の透過光散乱計測に適用し、精度よく形状を求められることを実験的に示した。これにより、光散乱計測が軟X線でも有用であることを示し、原理的な分解能が可視光から一桁以上向上した。
  • 本技術による形状計測は１度の露光で可能なため、1ms以下の時間分解能で動画撮影できる。これは、半導体業界におけるインライン検査を可能にするだけではない。医学生物学分野では生体における物質の移動や細胞の形状変化の測定、工業ではインラインによる形状検査や材料表面構造の熱的な変化の測定など、マイクロ・ナノテクノロジー分野で広く応用が期待される。

Expectations

微小物質の検出や形状計測にお悩みの企業様へ。課題解決に向けた共同での装置開発をご提案します。
半導体メーカー様、半導体検査装置メーカー様へ。加工精度の向上や品質管理の簡略化に向け、本技術の導入をぜひご検討ください。
光学機器メーカー様へ。新たな光学計測技術として、製品化をぜひご検討ください。

いずれの企業様も、筑波大学との共同技術開発や、特許ライセンスによる事業化をご相談できます。ぜひお声がけください。

Publications

High accuracy cross-sectional shape analysis by coherent soft x-ray diffraction,
Applied Optics Vol. 59, 8661-8667 (2020)

Cross-sectional particle measurement in the resonance domain on the substrate through scatterometry, 
Opt. Express Vol. 25, 26329-26348 (2017)

Patents

特許第6783461号　他

Researchers

筑波大学　数理物質系　教授　伊藤 雅英
筑波大学　イノベイティブ計測技術開発研究センター　研究員　星野　鉄哉
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]]>Tue, 20 Dec 2022 16:11:42 +0900<![CDATA[ピエゾ素材を用いた、超高精度な表面補正機能を持つ、X線顕微鏡ミラー]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-04066

Background and Technology

　X線を用いた顕微鏡技術は、高い空間分解能を持つ非侵襲的な観察手法であり、半導体や二次電池の開発、化学素材開発、医学など様々な分野で活用されている。

X線を集光する手段の一つであるX線ミラーは、高い集光効率を持つこと、色収差がないこと、X線損傷に強いこと、という特徴を持ち、X線顕微鏡において理想的な素子である。

　近年、産業におけるイメージング技術に対する高精度化のニーズが高まる中で、X線顕微鏡においても高解像度化が進んでいる。

X線ミラーの採用は、X線顕微鏡を高解像度化する上で不可欠な技術であるとともに、より精度の高いX線ミラーの製造技術が求められている。

　しかしながら、そうした高精度のX線ミラー製造技術は、経験的なノウハウによるところが多く、コストが高くなってしまう。

また、使用時には設置誤差などによる性能劣化を補正することがおこなわれるが、それにも限界がある。すなわち、高解像度のX線顕微鏡の製造コストを抑えつつ、使いやすくするための技術開発が求められている。

名古屋大学工学研究科の松山智至准教授は、まさにこのためにふさわしい新技術を開発した。


　松山准教授が提案する技術は、ピエゾ素材（圧電素材）を用いて表面形状を調整することができる、X線顕微鏡向けX線ミラー素子である。
松山先生が提案する全く新しく、非常に優れたアイディアは、ニオブ酸リチウムというピエゾ素材の単結晶をミラーの基板として用いる、という点にある。
このX線ミラーは、ピエゾ材料の単結晶からなるミラー基板と、その基板を挟むように設置された電極と、片面の電極上に成膜した金属からなる反射面、で構成される。
電極に電圧を印加するとピエゾ素材が変形し、その変形がX線反射面の形状を直接変形させる。
この手法を使うと、電極を狭い間隔で設置することができ、X線反射面の形状をナノメートルの精度で制御することができる。

　松本准教授らは、このピエゾ素材を基盤に用いるX線ミラーの試作機を作製し、評価を行った。この試作機は、幅5mm、厚さ150nmである金の薄膜で構成された電極を6mm間隔で計11個設置したX線ミラーである。
このミラーに、10 keVのエネルギーを持つX線を照射し、反射したX線をグレーティング干渉計で測定し、ミラー表面の形状誤差を測定した。その結果、ピエゾ素材によってミラーの表面を 10-30 pm/V 程度変形できることが確認できた。
さらに、表面の形状誤差を示す Peak to Valleyは、表面補正の結果、18 nmから3 nmまで改善することがわかった。
今後、研究者らは、このX線ミラーをX線顕微鏡に組み込み、解像度の向上などの効果の程度を検証する予定である。

Expectations

　名古屋大学では、本技術を採用したX線ミラー開発、およびX線顕微鏡開発に関心を持つ企業を探しています。大学は、技術の実証や、新しいX線顕微鏡製品の開発を目的とする共同研究を受け入れることができます。

また、技術情報を交換するために、研究者との打合せを開催することができます。名古屋大学は本技術に関する知財を保有しており、その知財を企業へライセンスすることも検討できます。


英文概要はこちらよりご確認ください。

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]]>Wed, 20 Apr 2022 16:12:45 +0900<![CDATA[半導体バンドベンディングを精密に測定可能とするケルビンプローブフォース顕微鏡]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/DA-03319a

Advantages

  • 半導体バンドベンディングを精密に測定可能とするケルビンプローブフォース顕微鏡
  • マイクロ秒スケールで生じる電荷移動の影響をうけず、精密な表面電位測定が可能。
  • 時間分解能の向上により、1サンプルあたりの測定速度が向上。
  • 従来測定が不正確であった、半導体素子の動作周波数帯におけるバンドベンディングを精密に測定できる。実証実験済。

Background and Technology

　半導体のバンドギャップを測定することは、高性能、高効率、省エネルギーな半導体素子を設計開発する際に不可欠な工程である。
バンドギャップは半導体の表面電位から推定することができ、表面電位を測定する手法の一つがケルビンプローブフォース顕微鏡（KPFM）である。

　KPFMは複雑な測定原理を持つことから、表面電位を測定する時間分解能がミリ秒からマイクロ秒が限界とされてきた。
しかし、現代の半導体素子はメガヘルツやギガヘルツで動作するために、既存のKPFM技術では、半導体の動作中に起こる現象を真に捉えているとはいいがたい。
例えば、KPFMで測定する際に、KPFMのプローブ（カンチレバー）と測定対象の表面との間に交流電位差を印可するが、その電位差の影響を受けて測定対象の表面と測定対象の深部との間で電荷の移動が発生し、「偽の表面電位」が現れる。その電荷移動の速度は一般にサブミリ秒未満（100 kHz）であり、これは従来のKPFMの時間分解能と同等である。
つまり、KPFMが「偽の表面電位」を測定してしまい、正しい表面電位を測定することができない。
これにより、半導体素子のヘテロ接合部などに存在するバンドベンディングの精密測定ができず、その結果として設計者や開発者は、狙った設計値を得られず、多数の試行錯誤を強いられてしまう。

　KPFMの時間分解能を向上できない原因は、表面電位がプローブに与える影響が非常に微弱なことにある。
KPFMの時間分解能は、プローブと測定対象との間に印可する表面電位差検出用の交流信号周波数 f によって決まる。
しかし、この表面電位差検出信号の周波数 f を高くし、プローブの振動周波数 f_0 に近づくと、表面電位に由来する信号 Δf が、急激に減少してしまう。
つまり、表面電位に由来する信号を読み出すことができなくなるため、周波数 f を高くすることができないとされてきた。

　大阪大学工学研究科の菅原康弘教授（Prof. Yasuhiro SUGAWARA）は、KPFMの検出原理を改善することで、前述した問題を解決した。
それは、表面電位差検出用の交流信号周波数 f を、カンチレバーの駆動周波数 f_0 の定数倍とする、つまりf = 2 * f_0 とすることである。
表面電位差由来の信号 Δf は信号 f の近傍の周波数に現れるが、本発明の場合信号 f はカンチレバーの振動周波数 f_0 から離れた帯域 f = 2 * f_0 にあるため、従来のKPFMで発生していた信号 Δf の急激な減少が発生しない。
菅原教授の提案する新技術により、十分な強度を持つ Δf を検波できるため、表面電位の情報を高いSN比で取得できる。

Application

　詳しい動作原理については、以下を参照してください。

・半導体の表面電位測定、特にバンドベンディング測定に最適である。
菅原先生による実証例は次の論文に記載。

・FM型、AM型いずれのKPFMでも採用できる。

・KPFMの測定時間分解能を向上する。金属、半導体、絶縁体といった素材の表面電位を従来の時間分解能（ミリ秒～マイクロ秒）より高速で測定する。高周波数動作が標準となった現代における最先端表面物理の研究・開発に貢献する。

・KPFMの測定速度を向上する。

Expectation

　本技術を活用し、貴社のAFM製品に新機能を導入しませんか？　半導体製造での利用が期待されます。大阪大学とライセンス交渉が可能です。
　また、半導体製造関係のメーカー様で、バンドベンディング測定にお困りでしたら、大阪大学がサポートします。貴社と大学とがパートナーシップを締結し、共同開発を行うことが可能です。
以下のフォームからお問い合わせください
]]>Thu, 17 Mar 2022 12:31:02 +0900<![CDATA[超短光パルスの時間波形を高速･低コストに計測]]>https://seeds.tech-manage.co.jp/blogs/post/HK-03762

Advantages

  • 操作は非常に簡単。
  • 数秒以内に時間波形を計測できる。
  • ポータブルでメンテナンスフリーの装置をすでに開発済。

Background and Technology

　超高速(ピコ秒単位)の超短光パルスの時間波形を計測できる従来の装置は、機器の調整が面倒でかつ計測に時間がかかるという問題点があった。
　本技術は、わずか一本の光ファイバを既存の光スペクトラムアナライザーに連結し、そこに新たに開発した分析プログラムを組み込むことによって、高速かつ低コストに超短光パルスの時間波形を計測できる。
　本装置を超短光パルスの計測・制御に用いることで、太陽電池の微細加工・医療レーザー治療や顕微鏡、光通信装置等の性能が向上する。

Expectations

出願特許の実施許諾

Patents

特許第5158810号、米国特許8,886,037

特許第6025013号、米国特許9,337,922、中国特許104272072

Researchers

小西　毅（大阪大学工学研究科　准教授）

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]]>Mon, 26 Jul 2021 10:39:41 +0900