抖阴旅行射

【本学研究者情报】

〇电気通信研究所　准教授　吹留博一

【発表のポイント】

• 材料表面における薄膜生成时に生じる特徴的な枝分かれ（树枝成长）は、电子デバイスの电気的特性に大きな影响を与えます。
• 数学?物理?人工知能（础滨）を融合して薄膜生成时の树枝状组织を定量的に解析する手法を开発し、その背景にあるメカニズムを明らかにしました。
• 本手法は、半导体から通信技术に至るまで、幅広い材料のプロセス最适化に応用できると期待されます。

【概要】

東京理科大学 先進工学部 マテリアル創成工学科の小嗣 真人教授、岡山大学の大林 一平教授、京都大学の平岡 裕章教授、筑波大学 数理物質系の三俣 千春教授らの研究グループは、トポロジーと自由エネルギーを活用した機械学習（AI）解析を実施し、薄膜结晶の电気的特性に大きな影响を与える树枝状构造の枝分かれメカニズムを明らかにしました。これは、高品质な薄膜结晶の作製プロセスにつながる成果であり、次世代の电子デバイスへの応用が期待されます。

Beyond 5G の実现に向けて、现世代の 5Gよりも一桁以上高いテラヘルツ（THz）周波数帯で动作する电荷移动度（＊１）の高いデバイスが求められています。そこで现在、次世代电子デバイスに使用する极微细なトランジスタ材料等の作成方法の开発、および构造?机能の解析が広くおこなわれています。特に、铜基板上のグラフェン（＊２）および六方晶窒化ホウ素（h-BN、＊３）からなる多层膜は高い电荷移动度を示すことが知られており、半导体デバイス、通信技术、センサー技术など、幅広い応用が期待されています。

また、こうした多层膜构造デバイスの性能を引き出すためには、多层膜そのものに加え、その触媒となる铜基板上における薄膜の高品质な生成も非常に重要となります。しかし、その成长のプロセスやメカニズムの解析手法は、顕微镜による定性的な観察が主体であり、薄膜成长メカニズムの本质的な理解を深め、材料を最适化するためには、新しい解析手法が求められていました。

今回の研究では、薄膜生成时に见られる树枝状（枝分かれ）の成长过程にフォーカスしました。基板上に生成される薄膜は、枝分かれをするように広がって成长します。こうした枝分かれ构造は、厚さが不均一になったり、凹凸ができたりする原因となり、その品质に影响を与える大きな障害となっていました。

そこで本研究グループは、数学的なトポロジーの概念と、物理的な自由エネルギーを融合させ、さらに机械学习を组み合わせて解析しました。その结果、薄膜生成时における树枝状组织と成膜プロセスのリンクを构筑し、枝分かれ现象のメカニズムを明らかにすることができました。

この成果は、Beyond 5Gの実现に向けた高品质な薄膜作製に役立つだけでなく、数学、物理、AIを组み合わせた、新しい自由エネルギーモデルを开拓した点でも画期的なものです。

本研究成果は、2025年4月8日にマテリアルズ?インフォマティクスの専门论文誌「」に公开されました。

【用语解説】

＊1　电荷移动度
电荷が物质の中をどれだけ移动しやすいか示す指标。値が大きいほど伝导しやすいことを意味する。

＊2　グラフェン
炭素原子一つ分の极薄のシート状の物质。网の目のように原子同士がつながっている。电気特性に优れ、半导体材料などにも広く使われている。

＊3　六方晶窒化ホウ素
絶縁性を持つ窒素とホウ素からなる化合物。グラフェンと同じく六方晶结晶构造をもつ。半导体材料に多く使われている。

【论文情报】

タイトル：Linking Structure and Process in Dendritic Growth Using Persistent Homology
with Energy Analysis
著者： Misato Tone, Shunsuke Sato, Sotaro Kunii, Ippei Obayashi, Yasuaki Hiraoka, Yui Ogawa, Hirokazu Fukidome, Alexandre Lira Foggiatto, Chiharu Mitsumata, Ryunsuke Nagaoka, Arpita Varadwaj, Iwao Matsuda, Masato Kotsugi
*責任著者：東京理科大学先進工学部マテリアル創成工学科 教授 小嗣真人
掲載誌：Science and Technology of Advanced Materials: Methods
顿翱滨：

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

（研究に関すること）
东北大学电気通信研究所
准教授 吹留博一
TEL:022-217-5484
E-mail: hirokaz.fukidome.e7*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学电気通信研究所
総务係
TEL: 022-217-5420
E-mail: riec-somu*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）