スマートラボでは、これまで開発した高速薄膜材料合成技術であるコンビナトリアル材料合成・評価技術(図1)に加えて、多量点解析・データベース化・計算科学のマテリアルズ・インフォマティクス(MI)の導入(図２)を進め、更なる材料開発の加速を行っている。また、素子応用では、異種材料の界面が特性や合成のしやすさに影響する。我々は、光電子分光を用いて界面の化学結合や電子状態を解析し、バンド構造、欠陥構造を明らかにした。さらに素子動作状態でのその場観察技術で多様な電子材料界面の電子・欠陥構造を解明してきた。これらナノスケールの界面評価手法を用いて、高速材料開発で得られた材料の基本素子構造を評価することで素子応用への検証と問題解決を行う。

これまでに、トランジスタ/パワー素子の次世代材料である酸化物半導体で、キャリア・表面電子状態制御の課題に対してコンビナトリアル手法で系統的な物性解析を実現し、固溶体化によるキャリア制御と素子応用で課題となる表面電子縮退層形成の制御を実現した(図3)。得られたデータを基盤にMIを用いたデータクラスタリングを用いた製膜条件探索を実現し、異なる合成手法のデータを連携して結晶層制御の可視化を実現した(図2)。また、同様の手法を用いることで誘電体材料開発では、半導体素子用で従来にはない非酸化物高誘電体材料の提案(図4)と薄膜キャパシタ用途での誘電体材料の高誘電率かと高温安定性の向上を実現した。