新材料を�]時間で開発できるコンビナトリアル�}法で�jきな�i進
コンビナトリアルと�}ばれる�}法を使って新材料を開発するビジネスが��発になってきた。�H元�U材料の薄膜を形成するのに組成を連��的に変え、最適な組成を見出すのに使う（図1）。2007�QにSEMICON Westで�t��した��Intermolecular社の材料組成やプロセス条�Pを変える�擬阿箸楼磴ぁ�薄膜の組成を連��的に変えられる。真空����やスパッタリング����を使う。英国のIlika（イリカと発音）社、日本のコメット社を紹介する。
図1 3元�U、4元�Uの材料を連��的に変える ��来のCMOSトランジスタのゲートメタル(左)とゲート絶縁膜(��)の最適材料を探す 出�Z：����･材料研�|機構
英国Southampton�j学からスピンオフしたIlika Technologies社、����・材料研�|機構とスピンオフして設立されたコメット社などがコンビナトリアル�}法で成果を出し始めている。いずれも�F士�､魴eつ社�^が圧倒的に�Hい研�|開発会社だ。Ilika社は、�]��を��く使わない薄膜リチウムイオン2次電池を開発し、��業化を始める。コメットは����販売や材料開発サービスやコンサルティングなどのビジネスで2007�Qの創業当時から売り�屬欧�20倍になったと同社CTO(最高�\術責任�v)の���B�l裕��は言う。
Ilika社は、�j�}企業とパートナーシップを組みながら、新材料を使った����を開発する。開発した薄膜リチウムイオン電池では、社内にパイロットラインはあるが、量��するためには�j�}パートナー企業と提携する。同社の��長は、薄膜電池の�屬砲気蕕鵬秦悗眄兪悗任�ること。すでに2個スタックしたリチウムイオン電池で出��8Vが�uられており、同社は10層積むことを�`�Yに掲げている。積層する場合には電池間に絶縁膜を形成するため、直�`接��だけではなく並�`接��も可�Δ如⇒弋畆���でカスタマイズ可�Δ任△襦�「�@�iを出せないが、�j�}メーカーと�Bし合いを始めていると同時に顧客の�h価も始めている」と同社CEO（最高経営責任�v）のGraeme Purdy��(図2)は述べる。
図2 Ilika社経営陣たち CEOのGraeme Purdy��は��端 出�Z：Ilika Technologies
薄膜リチウムイオン電池には、発��の心配がない、小型･薄型といった��長がある。ワイヤレスセンサネットワークのバッテリ��に向く。これまでもいろいろな企業が開発に挑戦してきたが、成功例はまだない。��Cymbet社は、2013�QにBGAパッケージに封�Vした薄膜リチウムイオン電池を出荷したが(参考�@料2)、その後ビジネスはうまくいっていないようだ。今�Qの3月に薄膜チウムイオン電池の�攵桵�Vを��め、ビジネスモデルも変える、と同社のスポークスマンは筆�vに語った。その�iには、アルバックが薄膜リチウムイオン電池��の���]����を発表した(参考�@料3)が、この����を使って商��化した例もなく、アルバックは�������]を�}放したようだ。これらの薄膜リチウムイオン電池では、��極(電池ではカソードと�}ぶ)にコバルト�┘螢船Ε�(LiCoO2)、負極（同アノード）にリン�┘螢船Ε燹�Li3PO4）を使っている。
Ilika社の�桔，蓮���極、負極材料が��来のこれらの材料とは異なるという。さらに、これまで使っていたスパッタリング�桔，六箸錣覆ぁ�E-ガン（電子銃）とKセルるつぼを使った�^��法を使っている。��来のスパッタ法では基���a度が700℃��度と高く、アノード電極、�w��電解��の�屬縫�ソード電極を�\積すると、アノード電極のLiが�sれてしまうからだ、とPurdy��は述べる。スパッタリングの際にできるプラズマクラスタが再��性化し、LiCoO化合�颪�再�T晶してしまうため、その�屬棒僂爐海箸�できなくなるとする。
E-ガンでは基���a度を半��できるため、Liが崩れないとしている。このため、薄膜バッテリセルの�屬砲気蕕鵬秦悗發離札襪鬟好織奪�できるという�lだ。E-ガン�^��だとLiやCoをそれぞれ独立に�^��、�U御できる。�`�Yとするのは10層の積層構�]で、これができればバッテリの出��は最�j40Vにもなる。
Ilika社が薄膜�w��電解��のリチウムイオン電池のスタックを試作できた(図3)のは、材料の最適な組成を作り出すことができたからだ。さまざまな組み合わせの中から最適なストイキオメトリを�uることができたのは、コンビナトリアル法のおかげである。
図3 Ilika社が開発した薄膜リチウムイオン電池 ここでは6インチウェーハ�屬忙邵遒靴燭�、基���a度が300℃と低�aなのでガラスでもポリマーでも可�Δ世箸いΑ〇１董��氾�
Ilika社がコンビナトリアル�\術��に開発したE-ガン����は最�j6つのチャンバを�eち、最�j6元素を同時に�^��できるが、�kつはリペア��にするなど�N長構成を採る。Kセルるつぼと基��との間にシャッターを配��しており、基��のサセプタとKセル、シャッターとの�{�`や配��などで連��的な組成変化を実現している。基��もシャッターも動かさない。このジオメトリが濃度勾配を形成するという。�~動�陲�ないため、コスト、効率(�攵掚)が良いとしている。膜の構�]はXPSを使いインサイチュでチェックしている。
同社のビジネスモデルはあくまでも���]のライセンスを販売したり、共同開発したりすること。パートナーとして、2013�Qには��Applied Materials、��田��作所、トヨタ�O動�Z、東��、Boeing、Rolls-Royce、Shell、Sigma-Aldorich、英DSTL (Defence Science and Technology Laboratory)の9社がいた。ただし、2014�Qには7社に��ったが、�j�}と密な関係になったという。
�k�機�国内のコメット社は、かつての中央研�|所ブームが終わり、材料の研�|開発を行うところが少なくなったために設立された。「今は�j学や�O�E��の研�|所、中小企業が�\術開発を行っているが、��識の集積がバラバラでテクノロジーギャップが�jきい」と���B��は語る。このギャップを�mめることが同社のミッションだ。コメット社のビジネスモデルは、コンビナトリアル����の販売と、材料開発コンサルティングサービスである。
材料開発サービスでは、顧客の�`的に応じて材料のコンサルティングを行う。実�xの�}順や�T果、�T晶構�]に加え、考察のレポートも出すことで収入を�uる。顧客のニーズに応える中央研�|所的な役割を果たし、��識を顧客に提供する。考察の�h判が良くリピータ率が高いと���B��は言う。
同社の�\術はスパッタリングを使う。図1のように、例えばHfO2とAl2O3、Y2O3を�\積する場合に、それぞれの組成を連��的に変えることで、新しいゲート絶縁膜の組成を調べることができる。コメットの�\術は、シャッター(マスク)を動かし�U御しながら膜厚が�k定になるように�O動的に調�Dする。二つの材料を連��的に混ぜる場合の例を図4に��す。
図4 基���屬坊狙�する薄膜に�瓦靴謄轡礇奪拭�(マスク)を�U御しながら均�kな膜厚に調�Dする 出�Z：コメット社
�‘阿気擦襯轡礇奪拭爾��\積�]度とシャッター�]度をパソコンで�O動的に�U御し、同じ厚さに調�Dする。スパッタリングだと混合�颪離拭璽殴奪箸鮹��Tできる。����は6��のスパッタターゲットを�eち、その内3つが�jきなターゲットである。薄膜成長の様子を、イントラネットを通してオフィスのディスプレイ画�Cで見ることができる。成長した薄膜の組成�h価にはX線�v折や蛍光X線分析、放�o線分析Spring-8などを�W��する。����の価格は1��6500万����度だという。
両社ともPh.D(�F士��)を�eつ社�^ばかりなので、実�xには単純作業を�cけるため、�O動化を徹�fしている。研�|開発会社らしさは共通だ。
参考�@料
1. 実�x条�Pを数�押楚����|類も同時に変えられるプロセス開発サービス (2007/07/27)
2. 厚さ150µmのLiイオンバッテリ、半導��プロセスで作��、商��化1�� (2013/11/20)
3. 厚さ50µmのリチウムイオン電池を作成できる�\術、����をアルバックが開発 (2008/12/03)
