【MAFT 2026 | H2技術セミナー】「クリスタル」動く未来：メモリ、シリコンフォトニクスから量子計算の次の技術革命

陽明交大

柯明道 教授

清華大学

陳燦耀 教授

台湾大学

劉致為 教授

ポスター展示および交流討論

ランチ会

午後－MAFTセミナー(実体/オンラインイベント)

報到

開場

清華大学

巫勇賢 教授

テーマ：放射線耐性の課題から信頼性設計へ：フェロエレクトリックメモリの未来の宇宙電子における発展の機会

低軌衛星、宇宙エッジコンピューティング（Space Edge Computing）およびエージェンティックAIの急速な発展に伴い、将来の宇宙システムにおける高性能、低消費電力、放射線耐性を備えた不揮発性メモリの需要がますます高まっています。従来のフラッシュメモリが電荷でデータを保存するのに対し、鉄電場効果トランジスタメモリ（FeFET）は鉄電極化方向を情報キャリアとして使用し、低電圧動作、非破壊的読み取り、優れた放射線耐性の潜在能力などの利点を持つため、次世代の宇宙電子およびスマートコンピューティングシステムの重要な候補技術と見なされています。

本講演では、まず放射線が半導体デバイスに与える主要な損傷メカニズムについて紹介します。これには、総量効果（TID）、単一事象効果（SEE）、および酸素欠陥と界面欠陥による信頼性の問題が含まれます。次に、HfO₂に基づく強誘電体メモリの放射線耐性の発展過程について説明し、私たちの研究チームが近年行ったHfZrOₓ（HZO）FeFETの放射線耐性研究における体系的な成果を共有します。これには、界面工学（AlON界面層）、チャネル工学（p型およびGeチャネル）、強誘電材料の組成工学（Zr濃度の最適化と組成勾配HZO）、および高エネルギー陽子放射線検証などの研究成果が含まれます。同時に、本講演では私たちのチームとMA-tekが共同開発した革新的な超格子（Superlattice）+固溶体（Solid Solution）スタック構造についても紹介し、放射線耐性強誘電体メモリにおけるその応用可能性をさらに探ります。これにより、先進材料分析、プロセス構造設計、欠陥工学が新世代の信頼性工学において果たす重要な役割と、放射線耐性メモリ設計フレームワークの確立の重要性が強調されます。

最後、未来の応用の観点から、鉄電メモリが自律衛星システム、宇宙エッジコンピューティング、そして未来の宇宙データセンター（Space Data Center）などの応用シーンにおける発展の可能性について探討します。

国立陽明交通大学

洪瑞華 教授

このテーマは、技術の推進力、コアパッケージの進化、異種統合のアプローチから産業エコシステムまでの包括的な分析をカバーしています。

1. 技術駆動力：AI/MLがもたらす伝送の変革

• 需要背景：AIと機械学習（ML）の波が高まるにつれて、データセンター内のデータ交換量が増加し、従来の電気信号伝送は帯域幅と遅延の面でボトルネックに直面しています。
• 解決方案：技術演進促使データセンター内部で光信号が電信号に取って代わり、極めて高い性能計算の要求を達成する。

2. パッケージングアーキテクチャの進化：プラグイン式から共封装光学（CPO）へ

• 従来のアーキテクチャ：プラッガブルトランシーバ（Pluggable Transceiver）は、光エンジンをPCB基板に配置しますが、技術は成熟しているものの、伝送経路が長くなります。
• 先進架構 (CPO)：光エンジンをIC基板に直接設計し、先進的なパッケージングを通じてPIC（光学チップ）とEIC（電子チップ）を一緒に封入します。

• CPO 1.0：伝送速度は約100 Gb/sで、主に2D/2.5Dパッケージを採用し、レーザー光源は外付け式（ELS）です。
• CPO 2.0：伝送速度が200 Gb/s以上に向上し、2.5D/3Dパッケージを採用し、レーザーがPICチップに内蔵され、モジュール面積を30%以上削減できます。

3. コア統合技術：シリコンフォトニクスとヘテロ統合

• 統合方式の比較：出典では純シリコン（Pure Silicon）、リン化インジウム（InP）、ハイブリッド統合（Hybrid）の三つのアーキテクチャを比較しています。

• 異質整合は「短所を補う」ための最良の道と見なされており、高いコンポーネント集積度、小型化、そして中低コストを同時に達成することができます。

• 統合方法：

• 異質統合 (Heterogeneous Integration)：材料を結合した後にデバイスプロセス（例えば、ダイとウエハのボンディング）を行う。
• ハイブリッド統合：各コンポーネントがそれぞれ完成した後に統合される（例：フリップチップ統合）。

4. 新興相互接続技術の応用

• マイクロLED相互接続：チップ間またはボード間の短距離伝送を目的としており、2027年から2030年に成熟する見込みで、極めて低いエネルギー消費（< 1pJ/bit）を追求しています。
• VCSEL相互接続：主にラック間（Rack to Rack）の高速データ交換に使用されます。

5. 産業エコシステムと試作プラットフォーム

• サプライチェーンの配置：ASICチップ、シリコンフォトニクスチップの設計と製造、パッケージングおよびシステム基板に関わる国内外の企業を網羅しています。
• ITRI試製プラットフォーム：工業技術研究院はIII-V族集積光チップ試製プラットフォームを設立し、企業が光チップ開発に参入するための技術的ハードルを下げ、8-12インチ半導体オープンプラットフォームの不足という問題を解決することを目的としています。

6. 特許権の分布と技術の検証

• 特許状況：工業技術研究院はシリコンフォトニクス分野で22件の39件の特許を取得しており、デバイス、パッケージング、テストなどのコア技術を網羅しています。
• 検証測定：現在、224 Gb/sの全ウエハ自動化測定プラットフォームを備えており、2027年には448 Gb/sの測定能力を達成することを目指しています。

交流＆中場休息

成功大学

劉全璞 教授

テーマ：6G時代の先進パッケージングと電磁防護材料

自動運転技術の急速な進化に伴い、車両はもはや交通手段ではなく、高度に知能化された移動プラットフォームとなっています。センサーから制御ユニット、通信モジュールから人工知能（AI）チップまで、すべての車載モジュールは欠かせない役割を果たしています。そして、この技術革命の中で、「モジュール検証」は安全性、安定性、信頼性を確保するための重要なプロセスとなっています。

現段階の車載モジュール検証は、AEC-Q検証ファミリーにおいてマルチチップモジュール Multichip Module(MCM) と光学マルチチップモジュール Optoelectronic Multichip Module (OE-MCM) の2つに大別され、それぞれ AEC-Q104 と AEC-Q102-003 などの規格を参照します。検証体系は一般共通検証と特殊検証の2つの部分に分かれます。車載モジュールは形態・種類が非常に多いため、一部の試験項目の適用性が問題になることがよくあります。そのため、MA-tekのような専門的な検証経験に基づき、規格に適合した検証プランをオーダーメイドすることが強く求められており、車載モジュールが迅速かつ安心してスマートドライビングの新時代へと進めるよう支援します！

国立陽明交通大学

李佩雯 教授

テーマ：Material Defined Germanium Quantum-dots for High Performance Quantum Computing

半導体量子計算ハードウェアの聖杯は、堅牢なCMOS製造技術を十分に活用し、良好な環境で動作させることです。先進的なCMOSとシリコンフォトニクス技術を考慮すると、Si/Ge量子ドット(QDs)を用いてCMOS集積可能な量子ビットとその電荷／光子センサーを実現する動機は非常に強く、量子ビットをCMOS制御／読み出し回路と完全に統合でき、大規模量子コンピュータへの進展を促進するのに役立ちます。Si/GeまたはSi-MOS量子井戸構造上に微細な金属ゲートを形成することで、Si/Geスピン量子ビットはすでに顕著な成果を上げています。しかし、Si/Ge量子ドットを分離するのに十分高いポテンシャル障壁を形成することが難しいため、Si/Geゲート定義スピン量子ビットの動作はミリケルビン温度に制限されています。一方、材料定義の量子ドットは、より高い温度での動作と量子リークに対するより優れた耐性を約束します。しかし、量子ドット、障壁、制御ゲートの装置全体と技術のコデザインをナノスケールで行うことは困難な作業です。もう一つの技術的課題は、強い電荷閉じ込めによる量子状態の微小な信号の検出にあります。
Ge球状量子点（QD）形成の興味深い発見から始まり、Si、Ge、O間隙原子の特異で共生的な相互作用を通じて、私たちは自己組織化されたGe QD/Siベースのバリア層のユニークな構成を作成するという刺激的な探求の旅に乗り出しました。私たちの目標は、標準的で主流のSi処理技術を使用して、高度なGe QDキュービットおよびフォトニックデバイスを生成することです。この講演では、私たちの革新的なGe QD構成のポートフォリオを要約します。制御性と再現性の両方に重点を置き、リソグラフィーパターンと自己組織化成長の協調的な組み合わせを使用して、Si含有層（SiO2、Si3N4、Si）内の所定の空間位置に配置されたサイズ調整可能な球状Ge QDを製造しました。私たちのアプローチの重要な工学的利点は、900℃でポリ-SiGeの熱酸化によって形成されたGe QDの高温熱安定性であり、量子電子工学（キュービットおよび単一電荷センシング）のための閉じ込めバリアやナノ電極の工学的柔軟性、ならびに量子フォトニクス（光発生器およびフォトディテクタ）用の波導材料の選択やメタ表面設計におけるプロセスの柔軟性を提供します。私たちは、T > 10 Kの少数電荷領域でのGe-DQDおよび単一ホールトランジスタ（SHT）の定常状態動作を実証しました。私たちのGe QD構成は、光インターコネクトおよび捕獲イオンキュービットのための少数光子検出用のSiN波導Ge-QDフォトディテクタおよび光発生器を含む無限の統合可能性も提供します。

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