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ナノ構造材料技術

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Academic year: 2018

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(1)

ナ ノ 構 造 材 料 技 術 に 関 す る 技 術 動 向 調 査 ナ ノ 構 造 材 料 技 術 に 関 す る 技 術 動 向 調 査 ナ ノ 構 造 材 料 技 術 に 関 す る 技 術 動 向 調 査 ナ ノ 構 造 材 料 技 術 に 関 す る 技 術 動 向 調 査

平 成13615

技 術 調 査 課

第1 章「ナノ構造材料技術」の技術俯瞰

ナ ノ メ ー ト ル(nm と表記:1 メートルの 10 億分の 1)サイズのナノ構造(概ね 0.1nm

∼200nm)材料・部品の構造制御や製造法には、大別すれば、次の 2 つの方法がある。

1 トップダウン技術:従来技術の極限化、高精度化、高機能化による超微細加工技 術

2 ボトムアップ技術:注目すべき新規技術であり、典型的には、原子・分子のハン ド リ ン グ ・ 操 作 技 術に よ り 、 原 子 ・ 分 子 を 数 十 か ら 数 百 の 単 位 で 構 築 す る こと で ナ ノ 構 造 を ビ ル デ ィ ン グ アッ プ す る 技 術 で あ る 。 先 の ト ッ プ ダ ウ ン 技 術 で は 、 半 導体 回 路 製 造 等 で 顕 在 化 し て い るよ う に 100nm 程度のサイズに微細構造を構築する技術の限界があ る と 予 想 さ れ る 。 一方 、 ボ ト ム ア ッ プ 技 術 で は 、 原 子 ・ 分 子 レ ベ ル で の 超 微細 構 造 の ハ ン ド リ ン グ ・ 操 作 技術 や 自 己 組 織 化 プ ロ セ ス 等 を 有 効 に 活 用 し て 、 ナ ノ 構 造体 を 製 造 す る 活 路 が 開 け つ つ ある 。

こ の 両 者 の 技 術 は 、概 ね1nm∼100nm サイズのナノ構造体の加工・製造技術として、 あ る 種 の 材 料 ・ デ バ イ ス で は 互 い に 独 自 の 技 術 開 発 が 、 ま た 別 の 局 面 で は 、 互 い に 補 完 す る よ う な ハ イ ブ リッ ド 技 術 の 開 発 が 展 開 さ れ る と 期 待 さ れ る 。 上 記 の よ うな 技 術 の 開 発 に は 、 と り わ け 、ボ ト ム ア ッ プ 技 術 で は 、 ナ ノ 構 造 レ ベ ル で の 物 質 の 力 学的 特 性 等 の 知 見 が 必 須 で あ り 、い わ ゆ る 「 ナ ノ 力 学 」 の 理 論 計 算 的 研 究 「 ナ ノ ダ イ ナ ミッ ク ス 」 も 必 要 と な る 。

今 回 取 り 上 げ る 「 ナ ノ 構造 材 料 技 術 」 に お け る 、ナ ノ 製 造 基 盤 技 術 と 関 連 「 ナ ノ 構 造 体 」に つ い て 、本 テー マ の 位 置 づけ と 相 互 の 関 係を ま と め た 俯瞰 図 を 図 1 と図 2 に示す。

(2)

光技術 よる 加工寸法の限界

ボ ム ッ 技術領域

ボ ム ッ 技術領域

ボ ム ッ 技術領域

ボ ム ッ 技術領域

ダウン技術領域 ダウン技術領域 ダウン技術領域 ダウン技術領域 従来技術の極限化 従来技術の極限化 従来技術の極限化 従来技術の極限化 高精度・高機能化 高精度・高機能化高精度・高機能化 高精度・高機能化

1nm 10nm 100nm 1μm

原子 分子操作技術 原子 分子操作技術 原子 分子操作技術 原子 分子操作技術

(走査型 顕微鏡 よる (走査型 顕微鏡 よる (走査型 顕微鏡 よる (走査型 顕微鏡 よる

操作 加工技術) 操作 加工技術) 操作 加工技術) 操作 加工技術) 気相反応蒸着法 気相反応蒸着法 気相反応蒸着法 気相反応蒸着法 化学的蒸着法 化学的蒸着法化学的蒸着法 化学的蒸着法 物理的蒸着法 物理的蒸着法 物理的蒸着法 物理的蒸着法

(自己集合法 自己集積法

(自己集合法 自己集積法

(自己集合法 自己集積法

(自己集合法 自己集積法

自己組織化法 LB膜法

自己組織化法 LB膜法

自己組織化法 LB膜法

自己組織化法 LB膜法

生物模倣法 ) 生物模倣法 ) 生物模倣法 ) 生物模倣法 ) 超分子化学 超分子化学 超分子化学 超分子化学

原子

原子

原子

原子

電子線ビ ム加工 電子線ビ ム加工 電子線ビ ム加工 電子線ビ ム加工 FIB加工

FIB加工 FIB加工 FIB加工 技術領域

技術領域技術領域 技術領域

超微粒子製造技術超微粒子製造技術超微粒子製造技術超微粒子製造技術 ロック技術 ロック技術 ロック技術 ロック技術 ダウン技術の複合 ダウン技術の複合 ダウン技術の複合 ダウン技術の複合

融合技術 融合技術 融合技術 融合技術

分子

分子 分子

分子

水素原 子の直 0.1nm

2重鎖 DNAの 直径 2nm

ノサ の例

ノサノサ の例の例

ノサ の例

ATP合成 酵素のサ 10nm C60の

0.8nm

大腸菌の 大きさ 1μm

エン

大きさ 80nm-120nm べん毛

の直径 20nm 蛋白質

G- クチ のサ 5nm

ナノチュ の最 小直径 0.4nm

ボ ム

ッ 技術

ボ ム

ッ 技術

ボ ム

ッ 技術

ボ ム

ッ 技術

0.1nm

ノ製造基盤技術の構築 ノ単位の製造技術開発 ノ力学の研究

ノ製造基盤技術の構築 ノ単位の製造技術開発 ノ力学の研究

ノ製造基盤技術の構築 ノ単位の製造技術開発 ノ力学の研究

ノ製造基盤技術の構築 ノ単位の製造技術開発 ノ力学の研究

(3)

発光 表示 素子材料

応応 応応 用用 用用 分分 分分

ノ製造基盤技術の構築 ノ単位の製造技術開発 ノ力学の研究 ノ製造基盤技術の構築 ノ単位の製造技術開発 ノ力学の研究 ノ製造基盤技術の構築 ノ単位の製造技術開発 ノ力学の研究 ノ製造基盤技術の構築 ノ単位の製造技術開発 ノ力学の研究

無機 ノ構造 無機 ノ構造 無機 ノ構造 無機 ノ構造

子効果 単一電子素子 次世代記憶素子 磁気記録

物理学 化学 物質科学 分子生物学 電子工学 計算科学 計測・制御技術等の分 横断的融合 よる研究 技術開発

関連 関連関連 関連 ノ構造体 ノ構造体ノ構造体 ノ構造体

DDS(Drug Delivery System)

生体模倣素子 高感度 ンサ 素材 診断 医療材料 安全 環境

浄化材料 情報 通信機材

材料

高機能新規材料 耐熱 高強度材料

炭素 有機 炭素 有機 炭素 有機 炭素 有機 構造体 構造体 構造体 構造体

ボン 薄膜 有機EL 電子

材料

ノ ノノ ノ 構 構 構 構 造 造 造 造 体体 体体 材材 材材 料 料 料 料

多孔・高比表面積 多孔・高比表面積 多孔・高比表面積 多孔・高比表面積 ノ構造体 ノ構造体ノ構造体 ノ構造体

活性炭素繊維分離膜

分離膜

有害物質分解 ック 光触媒微粒子

ノノノ ノ 製製 製製 造造 造造 基基 基基 盤盤 盤盤 技技 技技 術 術 術 術

ノ製造 ノ製造 ノ製造 ノ製造 基盤技術 基盤技術 基盤技術 基盤技術

製造法 装置 操作 加工法 観察手法

ノ力学ソ 高分子 無機

高分子 無機 高分子 無機 高分子 無機 構造材料 構造材料 構造材料 構造材料

ノ構造制御さ 高分子 ック

合金

1図 (2/2) ノ構造材料技術 の俯瞰図 1図 (2/2) ノ構造材料技術 の俯瞰図 1図 (2/2) ノ構造材料技術 の俯瞰図

1図 (2/2) ノ構造材料技術 の俯瞰図 (2/2)(2/2)(2/2)(2/2)

新規 ノ構造 材料製造 技術の創出

ノサ の構造 集合体の構築→物質の新規 物性 機能の発現=新材料の創製

ノサ の構造 集合体の構築→物質の新規 物性 機能の発現=新材料の創製

ノサ の構造 集合体の構築→物質の新規 物性 機能の発現=新材料の創製

ノサ の構造 集合体の構築→物質の新規 物性 機能の発現=新材料の創製

電気 磁気 光学 力学的強度 耐久性 軽 性 耐熱性 分離能力 触媒能力 生体適合性 環境調和性 分解性 電気 磁気 光学 力学的強度 耐久性 軽 性 耐熱性 分離能力 触媒能力 生体適合性 環境調和性 分解性 電気 磁気 光学 力学的強度 耐久性 軽 性 耐熱性 分離能力 触媒能力 生体適合性 環境調和性 分解性 電気 磁気 光学 力学的強度 耐久性 軽 性 耐熱性 分離能力 触媒能力 生体適合性 環境調和性 分解性

材料特性の飛躍的向上を実現 材料特性の飛躍的向上を実現 材料特性の飛躍的向上を実現 材料特性の飛躍的向上を実現

(4)

  ナ ノ 構 造 材 料 技 術 に お け る 典 型 的 な ナ ノ 構 造 材 料 お よ び 関 連 す る 基 盤 技 術 の 研 究 開 発 の 例 に つ い て 、 ナ ノ サ イ ズ の 視 点 か ら の 纏 め を 表 1 に掲げた。表1では、各分野において、先 駆 的 な 研 究 開 発 例 で あ る も の 、 技 術 文 献 で 引 用 度 が 高 い も の 、 最 近 の 発 表 で 今 後 の 展 開 が 注 目 さ れ る も の 、 ナ ノ サ イ ズ と し て 典 型 的 な も の 、 極 限 的 な サ イ ズ の ナ ノ 構 造 材 料 で あ る も の な ど か ら 、 各 分 野 の 代 表 的 な 事 例 を 掲 げ た 。

表 1  ナ ノ 構 造 材 料 技 術 で の ナ ノ サ イ ズ の 視 点 か ら の 典 型 例

サ イ ズ 分 野 用 途 分 野

0.1nm 1nm 10nm 100nm 1000nm

製 造 基 盤 技 術

SPM による 操 作 )

製 造 基 盤 技 術

(SPM による 分 子 の 合 成 )

製 造 基 盤 技 術 (原 子 ・ 分 子 操 )

製 造 基 盤 技 術 (リソグラフィー)

製 造 基 盤 技 術

(SPM による 微 細 加 工 ・ 記 録 )

製 造 基 盤 技 術

系 )

製 造 基 盤 技 術

( 超 微 粒 子 )

100nm の 「 ナ ノ 箸 」( 東 大 ) AFM 探 針 を 利 用 し

た 「 ナ ノ テ ス タ ー 」

( 理 化 学 研 究 所 ) STM 探針に より基板 上

Xe 原 子 を 操 作 し 、 英 文 字 列 (IBM ) を 作

STM 探針により銅基板上 の CO 分 子 を 操 作 ( ベ ル リ ン 自 由 大 学 )

STM 探針により 2 個のフェニル 基 か ら C

1 21 0分 子 を 合 成 ( ベ ル リ ン 自 由 大 学 )

1nm(原子 20∼50 個分) の 微 細 粒 子 を 仕 分 け る 装 置(ワイコフ興業) PVD に よ

る 薄 膜 作 製 で は 厚 み 方 0.1nm の 制 御 可 能

SPM を 利 用 し た SPM リソグラフィー に よ る 超 極 細 線 の 作 成 ( ス タ ン フ ォ ー ト ゙ 大 学 )

電 子 ビ ー ム 描 画 装 置 130nm の回路線幅 100nm も近々

(アドバンテスト−富士 通) ル ー セ ン ト も100nm 可能

SPM による直径 100nm、高さ 20nm の シ リ コ ン ド ッ ト の 2 次 元 配 列 構 造 の 作 製 ( 融 合 研 、JRCAT) MoS2基 板 上 でS

原 子 を 蒸 発 さ せ て 作 製 し た 原 子 サ イ ズ レ ベ ル の 世 界 最 小 文 字(日立)

LB 膜 1 層の厚み(鎖 )(2nm- 5nm)

フ ェ リ チ ン 蛋 白 質 (10nm 程 度 ) の2 次元薄膜状集合体の 作 製 ( 明 治 大 学 、 松 下 電 器 ) 各 種 デ ン ド リ マ ー

( 1nm-数 nm)

超 微 粒 子 の サ イ ズ 分 布

カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ 探 針 を 有 す るAFM による「ナ ノピン セ ッ ト 」( 大 阪 府 立 大 学 )

(5)

量 子 デ バ イ ス

電 子 回 路 素 子

ナ ノ チ ュ ー ブ/ ナ ノ コ イ ル

ナ ノ 結 晶 合 金

触 媒

ろ 過 膜

生 体 模 倣 材 料

医 療 用 材 料

サ イ ズ 0.1nm 1nm 10nm 100nm 1000nm

0.4nm のカーボン ナ ノ チ ュ ー ブ の 製 造 ( 理 化 学 研 究 所 )

多 層 カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ 外 径:10nm

カ ー ボ ン ナ ノ コ イ ル 太 さ : 数 十nm

ピ ッ チ:数10nm−数 100nm 外 径: 数 100nm

多 層 カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ 製 の ナ ノ シ リ ン ダ ー

ナ ノ 結 晶 分 散 型 ア モ ル フ ァ スAl 合金 で は 、 ア モ ル フ ァ ス 中 に 、5 ∼ 10nm 径 のAl 粒子が分散

ゼ オ ラ イ ト の 孔 の 最 小 サ イ ズ : 0.3nm−10nm

限 外 ろ 過 膜 の 細 孔 径 の 分 布 数 nm∼200nm

分 子 モ ー タ ー の 作 製 ( 工 技 院 、IBM 等 )1.5-10nm

DDS(Drug Delivery System)用 の リ ポ ソ ー ム50-100nm

2 重鎖 DNA

2nm

大 腸 菌 の 大 き さ 約 1000nm C60

水 素 原 子 直 径 0.1nm

ATP 合 成 酵 素 ( 最 小

ー ) の サ イ イ ン フ ル エ ン ザ ウ イ ル ス の 大 き

直 径 0.6nm 、 長 15nm の 金 原 子 ワ イ ヤ ー ( 東

大 き さ10nm の量子箱 3 個 を 幅 2nm の リー ド 線 で 結 合 し た 回 路 (NTT)

コ バ ル ト 原 子 を 楕 円 形 に 配 置 し た 構 造 体 で 量 子 蜃 気 楼 現 象 を 観 察 (IBM)

直 径 0.7nm の フ ラ ー レ ン を 使 っ た 最 小 の 増 幅 器 (IBM チュー リ ヒ )

回 路 線 幅60nm の ナ ノ ト ラ ン ジ ス タ ー ( ル ー セ ン ト )

大 き さ 10nm の単一 電 子 ト ラ ン ジ ス タ ー4 個 で 加 算 回 路 の 動 作 を 確 認 (NTT)

Xe 原 子 1 個 を 利 用 し た 3 端子スイ ッ チ (IBM)

カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ を 用 い た ト ラ ン ジ ス タ ー ( ス タ ン フ ォ ー ド 大 学 )

(6)

第2 章「ナノ構造材料技術における対象市場の概況」

< 主 た る 参 入 プ レ イヤ ー の 違 い と市 場 の 大 き さ の関 係 >

1   ナ ノ 製 造 基 盤 技術

STM AFM 等 の 走 査 型 プ ロ ー ブ 顕微 鏡 (SPM) を利 用 し た 原 子・ 分 子 の 操 作加 工 技 術 の 開 発 及 び 同 技 術 に よ る ナ ノ 構 造 材 料 の 開 発 で は 、IBM 社 に よ る 基 礎 技 術 が 顕 著 で あ る が 、そ れ ら の研 究 で 試 作 され た 材 料 に つ いて は 、未 だ 商品 市 場 を 形 成し て い な い 。 こ の 技 術 分 野 の 研 究参 入 プ レ イ ヤー で は 、STM を 世界 に 先 駆 け て 考案 ・ 開 発 し た IBM 社 が 全 体 的 に 優 位 の位 置 に あ る 。関 連 す る SPM 装 置の 世 界 市 場 は 1997 年 度 で 200 億 円 程 度( 出 典:Nanotechnology The Netherlands Study Centre for Technology Trends, 1998年 ) で あ っ た が 、 ア メ リ カが 約4割 を 占 め て い る。

半 導 体 製 造 に 関 わ る主 要 な 製 造 装置 の 市 場 は 1999 年 世 界 で 約 2 兆 円と 推 定 ( 出 典: 1999半 導 体 製 造 装 置 デ ー タ ブ ック 、電 子 ジ ャ ーナ ル 発 行 ,19988月 )さ れ 、そ の 内 、 ト ッ プ ダ ウ ン 技 術 の範 疇 に 含 ま れ る 半 導 体 微 細 構 造 の 加 工 ・ 製 造 装 置 関 連 が半 数 を 占 め て い る 。

ナ ノ 力 学 に 関 わ る 分子 計 算 ソ フ トで は 、 米 国 の MSI 社 が 全 世 界 の 市 場 の 3 分 の 2 を 占 め て い る が 金 額 規模 は 不 明 で ある 。

2   無 機 ナ ノ 構 造 デバ イ ス

半 導 体 製 品 関 連 は1999年 で 世 界で17兆 円 程 度( 出 典:WSTS( 世 界 半 導体 市 場 統 計 ) 資 料 , 電 波 新 聞 ,2000111日 ,WSTS20001031日 発 表 資 料 ) で あ る が、 こ の う ち ナ ノ 構 造 体に 関 与 す る 半導 体 レ ー ザ 素 子関 係 の 日 本 市場 は 、1998 年 度 は 1270 億 円 で あ り 、1999 年 度 は 1440 億 円 程 度 と 見込 ま れ て い る (出 典 :1999 年 度 光 産 業 の 国 内 生 産 額 等 調 査 結果 ,( 財 ) 光 産業 技 術 振 興 協会 発 行 ,20003 月 )。 こ れ ら の分 野 で は 、 大 手 電 機 メ ーカ ー が 主 た るプ レ イ ヤ ー で ある 。

3   炭 素 ・ 有 機 ナ ノ構 造 体

有 機 EL 材 料 は 、 現 在 、 日 本 の メ ーカ ー の 商 品 が市 場 に 普 及 しは じ め た 段 階 であ り 、 2002年 に 国 内 有 機 EL パ ネ ル 市 場 で 170億 円 程 度 と 予 想 され て い る ( 出典 :1999 光 産 業 予 測 便 覧 , 富 士 キメ ラ 総 研 発 行,19998月 )。

カ ー ボ ン ナ ノ チ ュ ー ブ は 、 将 来 の 応 用 ( 表 示 素 子 な ど ) に 期 待が 大 き い が 、 量 産 技 術 の 開 発 が 行 わ れ て いる 段 階 で あ り、20013月 時 点 で 市 場 規 模 の 数値 は 明 ら か でな い 。

4   高 分 子 ・ 無 機 ナノ 構 造 材 料

ナ ノ 構 造 制 御 ポ リ マ ー 関 連 は 、 市 場 規 模 に 関 し て 、 公 表 さ れ てい る 数 値 は 確 認 で き な か っ た が 、 化 学 系 メー カ ー が 主 たる プ レ ー ヤ ー であ る 。

5   多 孔 ・高 比 表 面積 ナ ノ 構 造 体

多 孔 ・高 比 表 面 積 ナノ 構 造 体 で あ る分 離 膜・光 触媒 関 連 で は 、日 米 欧 と も そ れぞ れ1000 億 円 程 度 で あ り 、 この 分 野 の 企 業 が 参 入 し て い る 。 透 析 用 の 機 能 性 分 離 膜 では 、 日 本 の 技 術 貿 易 に157億 円 の プ ラ ス 面が あ る 。

(7)

6   バ イ オ 関 連 ナ ノ構 造 体

DDS に 代 表 さ れ る ナ ノ 構 造 体 バ イ オ 関 連 市 場 は 、 技 術 が 萌 芽 的 レ ベ ル に あ り 、 日 本 で は 、 ベ ン チ ャ ー 企業 ( 定 義 : 新 技 術 を 開 発 す る に 必 要 な 高 度 な 専 門 的 知 識と 技 術 力 を 基 に 、 創 造 的 な ビ ジネ ス を 行 う 中 小 企 業 ) が 誕 生 し つ つ あ る 段 階 で 、 市 場 規模 は 極 め て 小 さ い 。

以 上 典 型 的 な 場 合 を 記 載 し た が 、 材 料 的 に は 、 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー の 視 点 が 意 識 さ れ る 以 前 か ら ナ ノ サ イ ズ の 構 造 制 御 を 実 施 し て い る ナ ノ 構 造 体 の 範 疇 に 入 る 分 野 ( 単 な る ナ ノ ス ケ ー ル の テ ク ノ ロ ジ ー ) で 市 場 が 形 成 さ れ て い る 反 面 、 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー の 視 点 が 強 く 意 識 さ れ た 新 規 な ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー( 革 新 的 な ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー )に よ る 市 場 は 、萌 芽 的 段 階 で あ る 。

< 最 近 の ナ ノ 構 造 材料 技 術 関 連 の日 米 欧 の 政 策 と 予 算の 概 要 >

ナ ノ 構 造 材 料 技 術 に係 る 日 米 欧 の 最 近 の 政 策 と 予 算 の 概 要 に つ い て 、 調 査 し、 要 点 を 纏 め た 。 ナ ノ 構 造 材 料技 術 関 連 の 日米 欧 の 主 要 な 基本 政 策 の 年 次推 移 を 表 2 に 、 最 近の ナ ノ 構 造 材 料 技 術 関 連の 日 米 欧 主 要プ ロ ジ ェ ク ト の概 要 を 表 3 に 、 国 際協 力 プ ロ ジ ェク ト を 表4に そ れ ぞ れ 示 す 。

(8)

2 ナノ構造材料技術関連の日米欧の主要な基本政策の年次推移

日 本

米 国

欧 州

注 ) Top Nano21: Tec hnol ogy − Or i ent ed Pr ogr am Nano21

19 8 0 19 8 2 19 8 4 19 8 6 19 8 8 19 9 0 19 9 2 19 9 4 19 9 6 19 9 8 2 0 0 0

経 済 構 造 変 革

科 学 技 術 基 本 計 画 ェ ク

基 盤 技 術 研

究 促 進 法 総 合 科 学 技 術 会 議

研 究 体

J R C A T 発 足 戦 略

懇 談 会 設 置

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

ン政 施策 科学技術政策総 合調整機構設置

国家 戦略

産業競争力分析

関す

World Technology Evaluation Centerの報告

1980 1982 1984 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000

( )技 術 力 評 価

()Technology Foresight調 査

()競 争 力 白 書 (フ ラ )基 幹 技 術

選 定 ()National

Initiative on Nanotechnology

設 立

( 工 学 ・ 物 理 研 究 会 議 EPSRC Nanotechnology, Nanoscienceの 産 学 提 携

発 足

( Top Nano21 2000

( MINAST(Micro and Nanosystems Technology

日 本 国 間 技 術 国 間 の 技 術

(9)

3 最近のナノ構造材料技術関連の日米欧主要プロジェクトの概要

関 係 国 プ ロ ジ ェ ク ト 名 あ る い は 予 算 名 実 施 期 間 予 算 金 額 内   容 関 係 機 関

ア メ リ カ National Nanotechnology Initiative

( 国 家 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー 戦 略 )

2000 年 10 月

2001 年 9

2001 年 度 会 計 予 算 )

497 百万ドル

534.6 億円) 2000

2000 2000

2000 年会計年度予年 会 計 年 度 予年 会 計 年 度 予年 会 計 年 度 予

270270270270 百 万 ド ル百 万 ド ル百 万 ド ル百 万 ド ル (291.6

(291.6 (291.6

(291.6 億円億 円億 円億 円))))に比べに 比 べに 比 べに 比 べ 88

88 割 増 で 、 注 目 さ割 増 で 、 注 目 さ割 増 で 、 注 目 さ割 増 で 、 注 目 さ れ るれ る

れ るれ る

1 基礎的研究

2 グランドチャレンジ(挑戦的研究) 3 中核研究所及びネットワークの構築 4 研究基盤整備社会

5 倫理、法整備及び教育・訓練

米 国 商 務 省 / 米 国 国 立 標 準 ・ 技 術 研 究 所 米 国 国 防 省 米 国 エ ネ ル ギ ー 省 米 国 航 空 宇 宙 局 米 国 国 立 衛 生 研 究 所 全 米 科 学 財 団 日 本 平 成 13 年 度 予 算 、 新 規 産 業 創 出 型 産

業 科 学 技 術 研 究 開 発 制 度 予 算

2001 年 4 月 ∼ 2002年 3月

13 度 )

39. 0 億 円 1 シ ナ ジ ー セ ラ ミ ッ ク ス 2 ス ー パ ー メ タ ル 3 炭 素 系 高 機 能 材 料 技 術 4 独 創 高 機 能 材 料 創 製 技 術

経 済 産 業 省

平 成 13 年 度 材 料 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー プ ロ グ ラ ム

2001 年 4 月 ∼ 2002年 3月

13 年 度 )

43 億 円 1 精 密 高 分 子 技 術 13億 円

2 ナ ノ ガ ラ ス 技 術 6億 円 3 ナ ノ メ タ ル 技 術 3億 円 4 ナ ノ 粒 子 の 合 成 と 機 能 化 技 術   9億 円 5 ナ ノ コ ー テ ィ ン グ 技 術 5億 円 6 ナ ノ 機 能 合 成 技 術 2. 5億 円 7 ナ ノ 計 測 基 盤 技 術 2. 3億 円 8 材 料 技 術 の 知 識 の 構 造 化 2. 2 億 円

経 済 産 業 省

新 エ ネ ル ギ ー ・ 産 業 技

(NEDO)

「 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー 」 研 究 プ ロ ジ ェ ク

2000 年度(平 12 年 度 ) の 補 正 予 算

40 億円 国 内 初 の ナ ノ テ ク 専 門 の 大 型 研 究 施 設 設

理 化 学 研 究 所

134 億 円 ナ ノ 融 合 物 質 ・ 材 料 文 部 科 学 省

「 平 成 13 年度科学技術振興に関する 重 点 指 針 」( 平 成12 年 6 月)に沿った 関 係 省 庁 の 平 成 13 年度概算要求及び 日 本 新 生 特 別 枠 要 望 に お け る 科 学 技 術 関 係 経 費 の 分 野 別 経 費

2001 年 4 月 ∼ 2002年 3月

( 平 成 13 度 )

8 億 円 ナ ノ 単 位 の 製 造 基 盤 技 術

ド イ ツ 「ナ ノ コ ス モ ス 」プ ロ ジ ェ ク ト 1999 年 ∼ 5 年

1.5 億ドイツマル ク (93 億円)

ナ ノ 微 細 加 工 、 機 能 性 超 薄 膜 、 光 エ レ ク ト ロ ニ ク ス 、 ナ ノ 材 料 、 分 子 操 作 、 超 精 密 表 面 、 ナ ノ 解 析

産 官 学

ス イ ス TOP NANO 21」 2000 年 1 月

∼2003 年 12

100 万 ス イ ス フ ラ ン (0.6 億円)まで /件

医 療 技 術 、 バ イ オ 、 環 境 技 術 、 情 報 技 術 な ど の 分 野 で ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー に 関 連 す る 研 究

産 官 学

(10)

英 国 産 業 連 携 プ ロ グ ラ ム Interdisciplinary Research Network in Nanotechnology And Nanoscience

2000 年∼ 6 万 ポ ン ド ( 972 万 円 ) x 10 テ ー

工 学 ・ 物 理 研 究 会 議

オ ラ ン ダ ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー 関 連 の 研 究 費 1998 年 2.9 百万ドル

( 3. 8 億 円 )

1 ナノ物理   2.1 百万ドル 2 ナノ化学   統計データなし 3 ナノ生物科学 0.8 百万ドル

オ ラ ン ダ 科 学 研 究 機 構

EC 研 究 プ ロ グ ラ ム 予 算 内 容 の 1 ∼ 4

1996 年∼3 年 間 、5 は 1996 年 の 数 値

個 別 予 算 は 右 記 1 エレクトロニクス(ARI-MEL)

17 百万ドル 2 材料(BRITE/EURAM) 8 百万ドル 3 医療技術(BIOMED)    5 百万ドル 4 バイオテクノロジー・構造生物

(BIOTECH) 10 百万ドル 5 共同研究センター 0.8 百万ドル       等 ( )中は、プロジェクト名

加 盟 各 国

4 国際協力プロジェクト

関 係 国 プ ロ ジ ェ ク ト 名 実 施 期 間 予 算 内 容 関 係 機 関

日 本 ― 米 国 国 際 共 同 研 究 事 業 (ICORP) 量 子 遷 移 プ ロ ジ ェ ク ト

1994 年 1 月

1998 年 12

約 10 億 円

① ナノ構造物性

量子構造制御

科 学 技 術 振 興 事 業 団

日 本 : 東 京 大 学 生 産 技 術 研 究 所

( 教 授   榊 裕之)

ア メ リ カ:ノ ー ト ル ダ ム 大 学( 教 授  James L.Merz)

日 本 ― ス イ ス J apan- Swi t z er l and Bi l at er al Sy mpos i um on Sc i enc e & Tec hnol ogy i n Mi c r o/ Nano Sc al e

2000年 ∼

毎 年

ス イ ス 政 府 は 日 本 と 科 学 技 術 協 力 、 ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー 、 生 物 、 医 学 関 係 の 材 料 を 含 む

日 本 : 理 化 学 研 究 所

ス イ ス : バ ー ゼ ル 大 学 、IBMチ ュ ー リ ッ ヒ 研 究 所

日 本 ― 独 国 際 共 同 研 究 事 業 (ICORP) セ ラ ミ ッ ク ス 超 塑 性 プ ロ ジ ェ ク

1995 年 1 月

1999 年 12

約 10 億 円

共 有結 合性 ナノ 結 晶セ ラミ ック スの 創成 に 関 す る 研 究 。

塑 性変 形機 構の 基 礎的 解明 、新 規な 高温 物 性 、 粒 界 に お け る 界 面 現 象 の 研 究 。

科 学 技 術 振 興 事 業 団

日 本 : 東 京 工 業 大 学 応 用 セ ラ ミ ッ ク ス 研 究 所 ( 教 授   若 井 博 )

ド イ ツ 側 : マ ッ ク ス ・ プ ラ ン ク Fritz Aldinger)

(11)

日 本 ― 仏 ナ ノ ・ マ イ ク ロ マ シ ン 1997 年∼

毎 年

日 − 仏 ワ ー ク シ ョ ッ プ 「 ナ ノ の 世 界 と マ ク ロ の 世 界 を つ な ぐ マ イ ク ロ マ シ ン 」 を 開 催

日 本 学 術 振 興 会 な ど

2000 年 4 月

マ イ ク ロ メ カ ト ロ ニ ク ス 国 際 研 究 セ ン タ ー 設 立 。 マ イ ク ロ マ シ ン の 光 分 野 へ の 応 用 と マ イ ク ロ マ シ ン の ツ ー ル に よ る ナ ノ 世 界 の 探 求 。

東 京 大 学 生 産 技 術 研 究 所

( 同 マ イ ク ロ メ カ ト ロ ニ ク ス 国 際 研 究 セ ン タ ー 長   藤 田 博之) 国 際 共 同 研 究 事 業 (ICORP)

ナ ノ チ ュ ー ブ 状 物 質 プ ロ ジ ェ ク

1998 年 1 月

2002 年 12

約 10 億 円

ア ー ク 放 電 法 や レ ー ザ 蒸 発 法 を 駆 使 し 、 非 平 衡 状 態 下 に お け る 物 質 凝 集 状 態 を 探 る こ と に よ り 、 炭 素 を 含 む ナ ノ チ ュ ー ブ 状 の 生 成 機 構 の 解 明 を 図 り 、 構 造 と 物 性 の 相 関 を 明 ら か に す る 。 ま た 、 チ ュ ー ブ 状 物 質 の 生 成 に 不 可 欠 な 金 属 触 媒 の 働 き に つ い て も 探 求 す る 。

科 学 技 術 振 興 事 業 団

日 本 : 名 城 大 学 理 工 学 部 ( 教 授 飯 島 澄 男 )

フ ラ ン ス :CRNS エミー・コッ ト ン 研 究 所 ( 所 長  Christian Colliex)

日 本 ― 蘭 国 際 共 同 研 究 事 業 (ICORP) 超 分 子 集 合 体 ( 分 子 転 写 プ ロ ジ ェ ク ト )

1997 年 1 月

2001 年 12

約 10 億 円

① 溶 液中 に分 散す る 巨大 分子 (フ ラー レン ・ デ ン ド リ マ ー ) の マ ト リ ッ ク ス お よ び 包 接 化 合 物 や 有 機 ゲ ル の 機 能 修 復 に よ る 分 子 鋳 型 効 果 の 発 現 の 研 究 。

水-空気界面での展開膜を利用する分子鋳型

の 創 出 。

科 学 技 術 振 興 事 業 団

日 本:九 州 大 学 工 学 部( 教 授   新 征治)

オ ラ ン ダ : ト ゥ エ ン テ 大 学 化 学 D . N.Reinhoudt)

米 国 ― ス イ ス US-Swiss Forum on NanoBioScience

2000 年 12

ス イ ス と ア メ リ カ 間 の ナ ノ サ イ エ ン ス に 関 す る 技 術 協 力 関 係

プ リ ン ス ト ン 大 学

(12)

第3 章「主要な研究開発制度・プログラム」

主 要 な 研 究 開 発 制 度や プ ロ グ ラ ムの 名 称 と 実 施 の年 次 推 移 の 一覧 を 表5 に掲げた。

表 5  公 的 研 究 機 関 に お け る ナ ノ テ ク ノ ロ ジ ー 関 連 プ ロ ジ ェ ク ト ( 日 本 国 内 )

19901991199219931994199519961997 19981999 2000 旧 工 技 院 NEDO

新 規 産 業 創 出 型 産 業 科 学 技 術 研 究 開 発 制 度

1991 年 制 度

新 規 産 業 創 造 型 提 案 公 募 制 度

産 業 科 学 技 術 研 究 開 発

1993年 制 度

産 業 技 術 実 用 化 開 発 補 助 事 業

調 査 研 究 旧 科 技 庁

科 学 技 術 振 興 調 整 費 科 学 技 術 振 興 事 業 団 JST

戦 略 的 基 礎 研 究 推 進 事 業(CREST

1995年 事 業

創 造 科 学 技 術 推 進 事 業 ERATO 旧 新 技 術 開 発 事 業 団 国 際 共 同 研 究 事 業(ICO RP)

け 研 究 PRESTO

若 手 研 究 者 研 究 推 進 事 業 TOREST

開 発 事 業

計 算 科 学 技 術 活 用 型 研 究 開 発 推 進 事 業

理 化 学 研 究 所

文 部 省 日 本 学 術 振 興 会

特 別 推 進 研 究 1990年 ~ 1998年

日 本 学 術 振 興 会

未 来 開 拓 学 術 研 究 推 進 事 業

1996年 事 業

産 学 協 力 研 究 委 員 会

旧 分 子 科 学 研 究 所

化 学 技 術 戦 略 推 進 機 構 JCII 1996年JCII設 立

1996 制 度 1999年 度 終 了

1998年 制 度

(13)

4 章「 日 米 欧 の技 術 開 発 に おけ る 競 争 力 比較 」

< 特 許 権 か ら 見 た 日 米 欧 の技 術 開発 競 争 力 の 比 較概 要 >

ナ ノ 構 造 材 料 技 術 の6 テーマ別に日米欧の特許出 願人 国籍 を 比 較し た( デ ー タベ ー ス : 日 本 国 籍 はPATOLIS、欧米国籍は WPINDEX(STN))。 図 3 に示すように、日本は、無 機 ナ ノ 構 造 デ バ イ スで 欧 米 の 4 倍 程 度 の 特 許 件 数 で あ る が 、 逆 に 、 バ イ オ 関連 ナ ノ 構 造 体 で は 、 日 本 は 欧 米の 半 分 以 下 であ る 。

3 ナノ構造材料技術テーマ別出願人国籍別出願比較(1990-1998)

      ( デ ー タ ベ ー ス : 日 本 国 籍 は PATOL I S、 欧 米 国 籍 はWPINDEX(STN))

  ナ ノ 構 造 材 料 技 術の 6 テーマ別に見た日米欧の特許件数(日欧は出願件数、米は取得 件 数 ) の 割 合 の 比 較(図 4)においても、日本は欧米に比べ、「 無 機 ナ ノ構 造 デ バ イ スで 件 数 が 多 く 、 バ イ オ 関連 ナ ノ 構 造 体で 少 な い 」 特 徴が 現 れ て い る。6 テーマ全体の割合分 布 傾 向 で は 、 欧 州 が米 国 よ り 規 模は 小 さ い が 、 同じ 様 な 分 布 をし て い る こ とが 分 か る 。

図 4 ナ ノ 構 造 材 料 技 術 テ ー マ 別 出 願 人 国 籍 割 合 ( デ ー タ ベ ー ス : 日 本 特 許 は PATOL I S、

無機 構造 炭素

構造体

高分子 無機

構造材料

多孔

高比表面積

構造体 関連

構造体 製造基盤技術

日本 米国 0 欧州

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

0% 20% 40% 60% 80%

無機 構造

炭素 構造体

高分子無機 構造材料

関連 構造体

製造基盤技術

日 本 米 国 欧 州

(14)

WPINDEX(STN))

< 全 世 界 を 出 願 対 象国 と し た 欧 米国 籍 か ら の 出 願件 数 推 移 >

全 世 界 を 出 願 対 象 国 と し た 欧 米 国 籍 か ら の 出 願 件 数 推 移 ( デ ー タ ベ ー ス:WPINDEX (STN))をナノ構造材料技術の 6 分野別に解析した結果を図 5 に示す。

無 機 ナ ノ 構 造 デ バ イス 分 野 の 件 数の 年 次 増 加 は 、他 の5 分野に比べて、緩やかである。 5 分野のうち、炭素・有機ナノ構造体、高分子・無機ナノ構造材料、多孔・高比表面積 ナ ノ 構 造 体 、 ナ ノ 製造 基 盤 技 術 の 4 分野では、欧州の年次増加が米国の年次増加よりや や 顕 著 な 傾 向 が あ る 。 バ イ オ 関 連 ナ ノ 構 造 体 の 分 野 で は 、1997 年以降、欧米とも件数 が 急 増 し て い る 。これ ら の 年 次 推移 傾 向 は 、次 に図6 で示す日本の特許件数(出願件数、 デ ー タ ベ ー ス:PATOLIS)の年次推移傾向とは異なる様相である。

5 全世界を出願対象とした欧米国籍からの出願件数推移(1990-1998) (データベース:WPINDEX(STN))

① 無 機 ナ ノ 構 造 デ バ イ ス       ② 炭 素 ・ 有 機 ナ ノ 構 造 体

③ 高 分 子 ・ 無 機 ナ ノ 構 造 材 料       ④ 多 孔 ・ 高 比 表 面 積 ナ ノ 構 造 体

⑤ バ イ オ 関 連 ナ ノ 構 造 体       ⑥ ナ ノ 製 造 基 盤 技 術

0 20 40 60 80 100 120

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 出願年

0 20 40 60 80 100 120

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 出願年

米国 欧州

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 出願年

0 50 100 150 200 250

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 出願年

0 20 40 60 80 100 120

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 出願年

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 出願年

(15)

< 6 分 野 の 日 本 を 出願 対 象 国 と した 日 米 欧 国 籍 から の 出 願 件 数推 移 >

日本特許における日本からの出願件数推移( デ ー タ ベ ー ス:PATOLIS)について、ナノ構 造 材 料 技 術 の6 分野別に解析した結果を図 6 に示す。

各 分 野 毎 に 出 願 件 数 の 規 模 ( グ ラ フ の 縦 軸 の 数 値 ) は 異 な る が、 年 次 推 移 は 全 体 的 に 欧 米 の 年 次 推 移 ( 前出 の 図 5 を参照)に比べて穏やかである。

6 日本特許における日本からの出願件数推移(1990-1998) (データベース:PATOLIS)

① 無 機 ナ ノ 構 造 デ バ イ ス       ② 炭 素 ・ 有 機 ナ ノ 構 造 体

③ 高 分 子 ・ 無 機 ナ ノ 構 造 材 料       ④ 多 孔 ・ 高 比 表 面 積 ナ ノ 構 造 体

⑤ バ イ オ 関 連 ナ ノ 構 造 体       ⑥ ナ ノ 製 造 基 盤 技 術

0 100 200 300 400 500 600

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 公開基準年

0 50 100 150 200 250

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 公開基準年

0 20 40 60 80 100 120 140

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 公開基準年

0 50 100 150 200 250

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 公開基準年

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 公開基準年

0 50 100 150 200 250 300 350

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 公開基準年

(16)

<ナ ノ 構 造 材 料 技 術6 分野での 3 極間特許出願の相互比較>

  ナ ノ 構 造 材 料 技 術 6 分野での 3 極間特許出願の相互関連を 1990-1998 年間の累計ベ ー ス で 比 較 検 討 し た。 デ ー タ ベ ース と し て 、 出 願先 国 ・ 日 本 は PATOLIS, 出願先国・ 欧 米 は WPINDEX(STN)を使用した。結果を図7に示す。

7 ナノ構造材料技術 6 分野での 3 極間特許出願(1990-1998)の相互関連図

(データベース: 出願先国・日本は PATOLIS, 出願先国・欧米は WPINDEX(STN))

① 無 機 ナ ノ 構 造 デ バ イ ス       ② 炭 素 ・ 有 機 ナ ノ 構 造 体

③ 高 分 子 ・ 無 機 ナ ノ 構 造 材 料       ④ 多 孔 ・ 高 比 表 面 積 ナ ノ 構 造 体

⑤ バ イ オ 関 連 ナ ノ 構 造 体       ⑥ ナ ノ 製 造 基 盤 技 術

米 国米 国 米 国米 国 米国 国籍 695

日本 国籍 41 1 欧州

国籍 166

欧 州欧 州 欧 州欧 州

米国 国籍 280 欧州

国籍 410

日本 国籍 304 日 本

日 本日 本 日 本 米国 国籍394

欧州 国籍133

日本 国籍 4,104

日 本 日 本 日 本 日 本

日本 国籍1,739 欧州

国籍168 米国 国籍242

米 国米 国 米 国米 国 欧州 国籍 190

日本 国籍 202

米国 国籍 528

欧 州 欧 州 欧 州 欧 州

米国 国籍 291 欧州

国籍 465

日本 国籍 202

日 本 日 本 日 本 日 本

日本 国籍838 欧州

国籍109 米国

国籍172

米 国 米 国 米 国 米 国

米国 国籍 254 日本 国籍 89 欧州

国籍 81

欧 州 欧 州欧 州 欧 州

米国 国籍 165 欧州

国籍 247

日本 国籍 99

日 本 日 本 日 本 日 本

日本 国籍 1 5 7 9 欧州

国籍3 3 9

米国 国籍2 6 7

米 国米 国米 国 米 国 欧州 国籍 2 6 5

日本 国籍 1 2 9

米国 国籍 6 1 9

欧 州欧 州欧 州 欧 州

米国 国籍 3 9 2 欧州

国籍 8 0 7

日本 国籍 1 4 9

日 本 日 本 日 本 日 本

日本 国籍231 欧州

国籍204

米国国 籍123

米 国 米 国米 国 米 国

米国 国籍 日本

国籍18 欧州 国籍 1 12

欧 州欧 州 欧 州欧 州

米国 国籍 175

欧州 国籍 352

日本 国籍 20

日 本日 本 日 本日 本

日本国籍 2,040 欧州国籍

187

米国国籍 316

米 国米 国米 国 米 国

米国 国籍 日本 国籍 224 欧州

国籍 236

欧 州欧 州 欧 州欧 州

米国 国籍395 欧州

国籍682

日本 国籍235

表 2 ナノ構造材料技術関連の日米欧の主要な基本政策の年次推移
表 3 最近のナノ構造材料技術関連の日米欧主要プロジェクトの概要

参照

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