AI 技術 新素材 合成過程 丸見え
－次世代省 ネ材料 SiC 結晶 開発速度 10～100 倍高速 －
こ 度 名古屋大学未来材料 テム研究所附属 未来 ニ 集積研究センタ センタ 長：天野 浩 宇治原 徹 う 教授 次世代半導体 注目さ い 新素材 SiC リコン バイ 開発期間 圧倒的 短縮 た 材 料 合成 装置内部 現象 瞬時 予測 可 化 テム 開発 ま た こ
新素材 合成条件 従来 10倍 100倍 ピ 最適化 こ ま ま た こ テム 加え プ ョン ッピン 技術 用い こ こ ま く こ った装置内部 瞬時 予測 可 化 技術 開発 ま た さ 臨場感
あ 映像表現 活用 こ あた 職人 う 素材や装置 状態 感 取 最適条件 見出 いくこ ま こ 成果 っ 新素材開発 け 材 料合成 最適条件探索 時間 短縮 省 ネ技術 一端 担う SiC 材料開発 効果的 行 え う ま た こ 技術 今後 名古屋大学 天野浩教授 中心 研究開発 進 い 次世代半導体 GaN 窒化 リ ム 関 プ 応用 期待さ ま
イン
新素材開発期間 倒的 短縮 装置内部 現象 瞬時 予測 開発
新素材 合 条件 従来 10倍 100倍 最適化
用い く 装置
内部 可 化 本 ョン ッ ン 技術 活用
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職人 う 素材や装置 状態 感 う 最適条件探索
効果的 行え う
研究背景
新素材開発 非常 時間 ：
新素材開発 大 く分 二 段階 あ 一材料設計 探索 う 物質 役 立 見出 段階 う一 材
料 セ 開発 見出 物質 役 立 材料 合 方法 開発 段階
材料開発 20年 30年 必要 言わ そ 大半 セ
開発 費や 2014年 物理学賞 賞対象 青色LED 開発
い 窒化 いう物質 青色 い 早く見出 い 高品質
窒化 合 困難 賞者 一人 あ 天 教授 1500 回 実験
繰 返 い 合 言 い そ セ 開発 大変
装置内部 状態を制御 難 い：
々 省 技術 要 ワ 用 半導体 あ SiC 高品質結晶 長技術 関 研究 行 そ 結果 高品質化技術 確立 結晶 大 十分 く 実用化 向
大型結晶 実現 セ 開発 行う必要 あ そ 主
二 困難 あ 一 合 タ 多数あ そ 組 合わ 無数
あ そ 中 最適条件 見出 困難 う一 合 装置 内部 直接観察
直接制御 困難 実際 SiC 高品質結晶 長技術 完
全 閉鎖 装置内 高温液体 温 や流 制御 必要 あ
図１： ーボン 原料 高温金属液体を入 ーボン テ ッ 先端 高品質 SiC結晶を成長 こ や テ ッ を回転させ 位置を制御 ま 液体 量や サ 様々 条件を変化させ 液体中 温度分布や流 分布を制御 左 図 実際 こ 成長 加熱コ や断熱材 完全 覆わ い 内部を見 こ
い 右図
高品質 SiC 結晶成長 最適条件探索 困難：
高品質SiC結晶溶液 長法 概要 図 示図1 方法 SiC 原料 高温金属液体 入 そ 専用
ッ 浸漬 そ 端 高温液体中 結晶 長 長温
約1800℃ 遉 方法 高品質結晶 作製 高温液体中 温 分布 元 素組 分布 液体 流 分布 綿密 制御 必要 あ 分布 制御
や ッ 位置や回転 温 や形状 タ
考慮 最適 条件 見出 必要 あ 装置 内部 見
内容
機械学習 内部状態を高速 予測 最適条件探索 高速化：
本研究 人 知能技術 あ 機械学習 用い 装置内部 状態 瞬時 予測 開発 図２
予測結果 一例 示 図 SiC溶液 長 高温液体中 流 分布 過飽和
分布 ュ ョン 計算 結果 右図 予測 予測 結果
図2 両者 非常 く似 遊い わ 非常 正確
予測 い わ 場合 予測 0.1秒程 必要
予測 用い 装置内部 様子 短時間 予測 そ 最適条件
効率 く見出 実際 私遉 用い 高品質SiC結晶
長条件 探索 応用 高品質結晶 従来 10分 1以 短期間 実現
い セ 開発 格段 高速
図 2： SiC 結晶成長中 高温液体内部 温度分布や流 分布を高速 予測 こ 可能 高温液体中 温度分布 流 分布 ュ ー ョン結果 予測結果を示 色 コン ラ 温度を示 矢印 流 向 大 さを示 ここ 高温液体 右半分 けを計算 い
ュ ー ョン結果 予測結果 一致 予測 精度 極 高いこ わ
装置内部を 見え 化 ：
用い ッ ボッ 装置内部や高温液体 状態 タ 知 図3 示 装置内部
ン ュ タ ッ ニ ョン 実際 装置 タや一部
測定温 内部状態 瞬時 予測 そ 基 い 映像 再現 い
ョン ッ ン 技術 内部映像 装置そ 投影 図
４ 臨場感 あ 映像 通 タ 内部状態 即 知 様々
タ 制御 映像や ョン ッ ン
やCG 作 ン合 会社 共 作
図 3： 結晶成長装置 内部を瞬時 予測 ニメー ョン 再現 い こ ニメー ョン 実際 装置 状態 完全 同期 変化 う い 特 注目 べ 内部 高温液体 温度分布 予測さ い こ あ 流 分布や組成分布 表示
図 4： プ ェ ョン ッ ン 技術 結晶成長装置 直接 ニメー ョンを投影 コン ュータ ラ ッ 忠実 再現さ い 非常 高い臨場感を感 こ こ
ペ ータ 装置や素材 状態をまさ く感 取 こ 職人 う 装置を制御 こ
成果 意義
素材開発 ー 向上：
本研究 高品質SiC 開発 飛躍的 ッ 本手法 SiC く 現 古屋大学 中心 研究開発 進 いGaN 窒化 関 い 応用 本手法 液
体 限 流体 扱う結晶 長 セ や 熱拡散 扱う熱処理 セ そ
鋳造や金属 応用 可能
職人技 復活：
国 く 数々 職人技 実現 い 職人技素材や遈具 微妙 変化 感覚 駆使 感 そ 手業 ッ
信 い精 仕 い 私遉 構築 可 化
ッ ボッ 最 端 装置 い 再び 職人技 戻
いえ 人 知能技術 用い タ 人間的 能力 戻
用語説明
材料 セ 開発：材料 実際 作 製造 セ や装置開発 必要
例え 鉄鋼 精錬 い 不純物 組 調整 材料強
制御 様々 程 経 材料 セ 開発 いい
ワ ：電 や電流 ン 半導体
高品質SiC結晶： ン ボン 化合物 半導体 性質 ワ
へ 応用 期待 そ 欠 少 い結晶 必要 い
機械学習：人 知能技術 一 タ 法則性 導 出 手法
成果発表
果 以 国際学会 報告
1. Toru Ujihara, Trial of Informatics in Crystal Growth -SiC Solution Growth- 2017 International Conference on Solid State Device and Materials(SSDM2017) 2017.9.19―22
応用物理学会主催
2. Goki Hatasa et al., Real-Time Visualization System for Temperature and Fluid Flow Distributions in SiC Solution Growth Using Prediction Model , International Conference on Silicon Carbide and Related Materials 2017 (ICSCRM2017), 2017.9.18-22, (IEEE主催)
