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はじめに 総論 研究実施報告書 関連データ 研究代表者索引


安全・安心な社会を実現するための先進的統合センシング技術の創出
通信・演算情報量の爆発的増大に備える超低消費電力技術の創出
次世代高精度・高分解能シミュレーション技術の開発
代謝調節機構解析に基づく細胞機能制御に関する基盤技術の創出
光の究極的及び局所的制御とその応用
新たな手法の開発等を通じた先端的な計測・分析機器の実現に向けた基盤技術の創出
メディア芸術の創造の高度化を支える先進的科学技術の創出
情報通信技術に革新をもたらす量子情報処理の実現に向けた技術基盤の構築
教育における課題を踏まえた、人の生涯に亘る学習メカニズムの脳科学等による解明
がんやウィルス感染症に対して有効な革新的医薬品開発の実現のための糖鎖機能の解明と利用技術の確立

個人の遺伝情報に基づく副作用のないテーラーメイド医療実現のためのゲノム情報活用基盤技術の確立
医療・情報産業における原子・分子レベルの現象に基づく精密製品設計・高度治療実現のための次世代統合シミュレーション技術の確立
情報処理・通信における集積・機能限界の克服実現のためのナノデバイス・材料・システムの創製
非侵襲性医療システムの実現のためのナノバイオテクノロジーを活用した機能性材料・システムの創製
環境負荷を最大限に低減する環境保全・エネルギー高度利用の実現のためのナノ材料・システムの創製
遺伝子情報に基づくたんぱく質解析を通した技術革新
先進医療の実現を目指した先端的基盤技術の探索・創出
新しい原理による高速大容量情報処理技術の構築
水の循環予測及び利用システムの構築
技術革新による活力に満ちた高齢化社会の実現
大きな可能性を秘めた未知領域への挑戦
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戦略目標
情報処理・通信における集積・機能限界の克服実現のためのナノデバイス・材料・システムの創製

1.名称

情報処理・通信における集積・機能限界の克服実現のためのナノデバイス・材料・システムの創製
2.具体的な達成目標

 2010年に訪れると予想されている現方式のシリコン集積回路の微細加工限界(ムーアの法則の限界)を越えた、次世代の情報処理・通信を担う新たな情報処理・通信用デバイス・材料・システム開発をめざす。この際、シリコン基板及び非シリコン基板の双方の取組みを実施する。
 また、これらデバイス・材料・システムを活用するためのインターフェースとしても有用な各種センシング技術(最先端的計測法・先端センサー素子とセンサー管理システムの開発等)による健康・環境計測法の実現を目指す。
 これらの目標達成のため、革新的な物性を有する物質創成からデバイス・システム開発までの総合的な推進を目指す。
 このため、2010年代に実用化・産業化を図るべく、以下のような成果等を目指す。

現在の半導体よりも演算速度を2桁向上するとともに、消費電力を2桁以上低減する情報通信用デバイスの探索

革新的なナノ素材とナノプロセスの開拓、新機能・新特性を持つ超集積素子の実現及び、医療応用・障害克服などに貢献するための集積システムの生体親和性の飛躍的向上

革新機能を付与した単一分子の合成及び高度集積化法の開拓等、機能分子を望むように集積して回路を形成する技術の確立及び分子デバイスシステムへ応用

ナノメモリーの原理・素材・方式の解明を通じ、現在のハードディスクの記録密度の1000倍程度の記録密度を目指す

固体量子ビット素子、超伝導系量子磁束素子、相関電子素子、相関光子素子、スピン制御素子、ナノチューブ・ナノワイヤ素子等、新原理素子の探索及び技術的な壁の打破

大容量・超高速の光通信技術に必要な光発生、光変調、光スイッチ、光増幅、光検出、光メモリ、表示などへの革新につながるナノ構造フォトニクスや材料の開発を通じた次世代光技術の創製

バイオ分子の自己組織化を利用したナノスケールの新素子、新材料の創製を通じた高集積バイオチップの開発

半導体、酸化物や磁性体中の電子の持つもう1つの自由度であるスピンを電子デバイスにおける新しい自由度として積極的に活用した、新しいナノ構造を利用したスピンエレクトロニクス材料の探索・創製

超分子を用いたバイオナノ超分子センサー、導電性超分子スイッチング素子、ナノマシンなどの分子デバイス、ナノ材料の開発

フラーレンの集積化、ナノデバイスへの応用に不可欠なCNT超微細加工技術、コンポジット材料開発

フラーレン、ナノチューブに次ぐ新たなナノ集合体材料の創製と開発を通じたクラスター・ナノ粒子集合体をベースにした素子の実用化

従来は全く異なる物質・材料として扱われてきた有機物質と無機物質とをナノスケールで融合させた構造を持つ全く新しい物質・材料群による素子の開発
3.目標設定の背景及び社会経済上の要請

 経済のグローバル化と国際競争の激化等に伴う産業競争力の低下、雇用創出力の停滞といった現下の経済社会の課題を科学技術、産業技術の革新により克服し、我が国の産業競争力を強化し、経済社会の発展の礎を着実に築くことが不可欠である。このような革新的な科学技術、産業技術の発展の鍵を握るものとして、ナノレベルで制御された物質創製、観測・評価等の技術であるナノテクノロジーが、近年急速に注目されている。
 具体的には、


(1) 半導体を用いた高速・高集積・低消費電力デバイス技術に関し、国際競争力を確保することに加え、
(2) 全く新しい原理を用いた次世代のデバイス・材料の礎を確立することが長期的展望にたった我が国の国際的な技術競争力の確保にとり必要不可欠である。

 また、これらの実用化・産業化の目標を達成するためには、ナノレベルでの計測・評価、加工、数値解析・シミュレーションなどの基盤技術開発や、革新的な物性、機能を有する新物質創製への取組みが必須である。
 なお、総合科学技術会議分野別推進戦略(平成13年9月)においても、情報通信分野においては、国家的・社会的課題の克服のため、「次世代情報通信システム用ナノデバイス・材料」が5つの重点領域の1つとして位置づけられているところである。
4.目標設定の科学的裏付け

 情報通信分野における我が国の技術競争力は、欧米に比べて全体的に低下傾向にある。これまで大きな役割を果たしてきた民間の研究開発については、その投資額の日米格差が急速に拡大しており、内容的にも製品開発に重点を移しつつあるため、我が国の競争力強化に向け、リスクの高い研究開発等について国の役割が一層重要となっている。
 特に、次世代情報通信システム用ナノデバイス材料においては、2010年に訪れると予想されている現方式のシリコン集積回路の微細加工限界(ムーアの法則の限界)を越えた、次世代の情報処理・通信を担う多様な新原理デバイス・材料・システムの構築に向け、現在、各国が世界標準の獲得競争のまっただ中にある。我が国として、次世代情報通信用デバイス開発において、世界を凌駕するための取り組みを緊急に準備することが必要であるが、この際、シリコン基板及び非シリコン基板の双方について産業化を見据えながら段階的な目標設定も行いつつ、戦略的に取り組むことが必要である。
 ソフトウエア無線等の新規通信方式への転換につれて、通信システムの急速な高速・大容量化が今後とも予想されているが、半導体の集積化・高機能化はムーアの予測に従い、3年で4倍のペースで進んでおり、2005年には素子の最小寸法が100nmを切り、ナノデバイス時代に突入することとなる。このため、大容量、高演算速度、省エネルギー、高セキュリティーその他の画期的な機能を有する新原理デバイス・材料・システムの開発が急がれている。
 具体的には、

現在の延長の技術においては、高速化限界、セキュリティー問題、消費電力等の課題の克服に加え、量子効果等により現れる素子の動作や製造技術上の物理的な限界、製造 コスト等の問題を回避するための革新的なナノ素材やプロセスの開発、量子ドット、量子細線、ナノチューブ等を取り込んだスイッチ素子の開発が求められる。

現在使われているLSIメモリ、磁気ディスク、光ディスクの性能限界の壁をうち破るとともに、強誘電体メモリーなどの次世代メモリーの開発が求められている。

更に、現在の方式の集積回路とは全く異なる新たな原理に基づくデバイスとして、単一分子素子、各種固体Qビット素子、超伝導系新量子磁束素子、スピンエレクトロニクス等の技術開発も次世代の世界標準獲得の観点から積極的に取り組むべき重要な課題である。

加えて、このようなデバイスやシステムの開発に際しては、革新的な物性、機能を有する新物質創製が必須であり、超分子、カーボンナノチューブ、フラーレン、クラスター・ナノ粒子をはじめとした積極的開発が必要である。
5.重点研究期間

 ナノテクノロジー分野については、競争が激しく多くの研究領域を推進する必要があるため初年度のみの公募とし、次年度以降には新たに同じ研究領域での公募は行わない。1研究課題は概ね5年の研究を実施する。(なお、優れた研究成果を上げている研究課題については、厳正な評価を実施した上で、研究期間の延長を可能とする。)
(以下、平成15年度に追加)
 基本的には、初年度(平成14年度)のみの公募としていたが、特に緊急性の高い研究課題については、限定的に2年度目についても少数の課題に限り公募する。
(以下、平成16年度に追加)
 研究課題の公募は平成14、15年度のみとしていたが、ナノ構造材料・ナノデバイスにおける新しい機能・プロセスを実現するためのナノモデル化・シミュレーション技術に開発を目指す研究課題を平成16年度に公募することとし、同様に重要課題は以後公募できる。


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研究領域 研究総括
「超高速・超省電力高性能ナノデバイス・システムの創製」 榊 裕之
(東京大学生産技術研究所 教授)

 この研究領域は、従来のデバイス・システムに対して、ナノスケールの超微細構造形成技術や革新的ナノプロセス、および超集積化技術を活用することにより、これまでの情報処理や通信システムの性能を飛躍的に高めるデバイス・システムの創製に係わる研究を対象とするものです。
 具体的には、情報伝達の超高速化や広帯域化と超省電力化に向けた新規デバイスの構造・材料に係わる研究、極微デバイスが直面する限界に挑戦する革新的なナノ素材やナノプロセスの研究、極微デバイスにおける物理機構の解明と制御に係わる研究、超微細構造の活用により従来の光デバイスの性能を凌駕する新しいナノ構造フォトニクスデバイスの創製に係わる研究、および、これらの関連研究等が含まれます。

秋山 英文 (東京大学物性研究所 助教授)
「量子細線レーザーの作製とデバイス特性の解明」  (191kb)

安達 千波矢 (九州大学未来化学創造センター 教授)
「有機半導体レーザーの構築とデバイス物理の解明」  (383kb)

荒井 滋久 (東京工業大学 教授)
「低次元量子構造を用いる機能光デバイスの創製」  (579kb)

大谷 俊介 (電気通信大学 教授)
「多価イオンプロセスによるナノデバイス創製」  (524kb)

河口 仁司 (山形大学工学部 教授)
「シフトレジスタ機能付超高速光メモリの創製」  (259kb)

小柳 光正 (東北大学大学院工学研究科 教授)
「共鳴磁気トンネル・ナノドット不揮発性メモリの創製」  (366kb)

新田 淳作 (東北大学大学院工学研究科 教授)
「半導体スピンエンジニアリング」  (576kb)

藤巻 朗 (名古屋大学 教授)
「単一磁束量子テラヘルツエレクトロニクスの創製」  (407kb)

古屋 一仁 (東京工業大学理工学研究科 教授)
「超ヘテロナノ構造によるバリスティック電子デバイスの創製」  (303kb)

吉川 明彦 (千葉大学工学部 教授)
「InN系窒化物ナノデバイス/ナノプロセスの分子線エピタキシ法による新展開」
 (429kb)

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研究領域 研究総括
「新しい物理現象や動作原理に基づくナノデバイス・システムの創製」 梶村 皓二
((財)機械振興協会 副会長/同協会技術研究所 所長)

 この研究領域は、量子系の新しい物理現象や動作原理、および、それを用いて新しいデバイス・システム等を実現するための研究を対象とするものです。
 具体的には、ナノスケールにおいてはじめて現われる電子系やスピン系の物理的特性を応用して演算、記憶等のアクティブな情報処理機能をもつ新しいデバイスの実現、ナノスケールの局所的特性を対象として電気、機械、光等の物理的手法や動作原理を用いてセンシング、操作、制御等を行うデバイスや新たな情報処理システムの創製を目指す研究等が含まれます。また、既存技術の限界を打破する新しい技術領域の創出に発展する新しい物理現象の発現のためのナノデバイスに係わる構造研究、現在まだ対象とするものの性質の研究にとどまっている現象をデバイスに結びつける研究等も含まれます。

猪俣 浩一郎 (東北大学大学院工学研究科 教授)
「スピン量子ドットメモリ創製のための要素技術開発」  (341kb)

岩佐 義宏 (東北大学金属材料研究所 教授)
「ナノクラスターの配列・配向制御による新しいデバイスと量子状態の創出」  (358kb)

大串 秀世 (産業技術総合研究所ダイヤモンド研究センター 招聘研究員)
「高密度励起子状態を利用したダイヤモンド紫外線ナノデバイスの開発」  (1,746kb)

河田 聡 (大阪大学工学研究科 教授/理化学研究所 主任研究員)
「非線形ナノフォトニクス」  (326kb)

小森 和弘 (産業技術総合研究所光技術研究部門 グループリーダー)
「光量子位相制御・演算技術」  (172kb)

三澤 弘明 (量子相関光子ビームナノ加工)
「北海道大学電子科学研究所 教授」  (480kb)

石原 一 (大阪府立大学大学院工学研究科 教授)
「光電場のナノ空間構造による新機能デバイスの創製」  (230kb)

板谷 謹悟 (東北大学工学研究科応用化学専攻 教授)
「固液界面反応のアトムプロセスの解明とその応用」  (400kb)

柳 英明 (NTT物性科学基礎研究所 所長/NTT R&D フェロー)
「超伝導磁束量子ビットによる量子もつれの実現」  (457kb)

松本 和彦 (大阪大学産業科学研究所 教授)
「カーボンナノチューブ単一電子・スピン計測システムの確立」  (438kb)

赤穗 博司 (産業技術総合研究所強相関電子技術研究センター 副研究センター長)
「強相関界面エンジニアリングによるスピントンネル機能の巨大化」  (261kb)

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研究領域 研究総括
「高度情報処理・通信の実現に向けたナノファクトリーとプロセス観測」 蒲生 健次
(大阪大学 名誉教授/
 (独)情報通信研究機構 関西先端研究センター 専攻研究員)

 この研究領域は、高度情報処理・通信に資するナノデバイス等の実現に向けた新しいプロセシング技術、ナノ構造体の機能を観察・計測・評価する新しい計測評価技術等に係わる研究を対象とするものです。
 具体的には、新たなプロセシング技術の確立に向けた、ナノ構造を作り出す光・X線・電子ビーム・イオンビーム等の新たな活用に係わる研究、分子・原子を制御することにより結晶・組織等をナノレベルで形成する技術に係わる研究、および、構築されたナノ構造体の機能を計測・評価、検証する技術に係わる研究等が含まれます。なお、本研究領域は戦略目標「非侵襲性医療システムの実現のためのナノバイオテクノロジーを活用した機能性材料・システムの創製」および「環境負荷を最大限に低減する環境保全・エネルギー高度利用の実現のためのナノ材料・システムの創製」にも資するものとなります。

石橋 幸治 (独立行政法人理化学研究所石橋極微デバイス工学研究室 主任研究員)
「カーボンナの材料を用いた量子ナノデバイスプロセスの開発」  (250kb)

市川 昌和 (東京大学 教授)
「超高密度・超微細ナノドット形成とナノ物性評価技術」  (705kb)

彌田 智一 (東京工業大学資源化学研究所 教授)
「高信頼性ナノ相分離構造テンプレートの創製」  (411kb)

川勝 英樹 (東京大学 教授)
「超高速・超並列ナノメカニクス」  (1,398kb)

木下 博雄 (兵庫県立大学高度産業科学技術研究所 教授)
「位相差極端紫外光顕微鏡による機能性材料表面観察・計測技術」  (523kb)

大門 寛 (奈良先端科学技術大学院大学 教授)
「ナノ構造解析のための立体原子顕微鏡の開発」  (282kb)

松井 真二 (兵庫県立大学高度産業科学技術研究所 教授)
「高機能ナノ立体構造デバイス・プロセス」  (363kb)

本間 芳和 (東京理科大学 教授)
「カーボンナノチューブ形成過程その場観察と物性制御への展開」  (349kb)

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研究領域 研究総括
「高度情報処理・通信の実現に向けたナノ構造体材料の制御と利用」 福山 秀敏
(東北大学金属材料研究所附属材料科学国際フロンティアセンター
 センター長・教授)

 この研究領域は、バルクとは異なるナノ構造体において、微細な構造・組織等を制御することにより、高度情報処理・通信の実現に向けたこれまでにない特徴的な物性・高機能・新機能を有する材料等の創製や、その利用を図る研究を対象とするものです。
 具体的には、既にバルクとして存在している物質の「ナノ化」、すなわち薄膜・微粒子等の極微細構造はもちろん、ナノ粒子やクラスター原子・分子、分子性物質等、無機物質・有機物質さらにそのハイブリッド系を制御し、これまでにない機能・物性等を有する革新的新材料の創製を目指す研究、フラーレン・カーボンナノチューブ等の新機能性材料の創製やナノデバイス・システムへの利用を目指す研究等が対象となります。なお、本研究領域は戦略目標「非侵襲性医療システムの実現のためのナノバイオテクノロジーを活用した機能性材料・システムの創製」および「環境負荷を最大限に低減する環境保全・エネルギー高度利用の実現のためのナノ材料・システムの創製」にも資するものとなります。

石田 武和 (大阪府立大学大学院工学研究科 教授)
「超伝導ナノファブリケーションによる新奇物性と応用」  (747kb)

小林 速男 (自然科学研究機構分子科学研究所 教授)
「新規な電子機能を持つ分子ナノ構造体の構築」  (526kb)

篠原 久典 (名古屋大学大学院理学研究科 教授)
「新世代カーボンナノチューブの創製、評価と応用」  (519kb)

田中 一義 (京都大学大学院工学研究科 教授)
「精密分子設計に基づくナノ電子デバイス構築」  (300kb)

中嶋 敦 (慶應義塾大学理工学部 教授)
「次世代光磁気材料を指向したナノデザイン制御」  (405kb)

永長 直人 (東京大学大学院工学系研究科 教授)
「相関電子コヒーレンス制御」  (342kb)

山下 正廣 (東北大学大学院理学研究科 教授)
「量子スピン系ナノ分子磁石の創製」  (211kb)

浅井 美博 ((独)産業技術総合研究所計算科学研究部門 研究グループ長)
「単一分子伝導・接合シミュレーション」  (308kb)

前川 禎通 (東北大学金属材料研究所 教授)
「電子内部自由度制御型ナノデバイス創製原理の構築」  (207kb)

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