プロジェクトの概要
About Project

太陽電池から電気自動車・家電機器まで、電力の生産・送配・消費の様々なプロセスにおける電力変換でパワー半導体が用いられ、新エネルギーの利用や省エネルギーに貢献しています。発生する大量の熱を除去したり有効利用したりするために、半導体素子からモジュールの外部まで効率的な熱の流れをつくることが極めて重要ですが、パワーモジュールは多くの積層で構成されており、その固体層間で熱の流れが阻害されること（界面熱抵抗）が大きな問題となっています。高性能CPUやメモリなどLSIでも同様です。本研究は、熱工学・熱物性・化学・表面科学・分子動力学・高精度計測など最先端の科学技術を結集し、固体層表面に特殊な分子を付加する（分子修飾）、固体表面間を分子で接続する（分子接合）、固体表面間に特殊なナノ物質（熱界面材料）を介在させる、界面間の空気を排除するなどの技術により、固体層間に強力な熱的接続を形成し、総合的に界面熱抵抗を低減させる分子・ナノスケールの学理と技術を確立するものです。

戦略目標への貢献と研究の位置づけ
世界的視野での先駆性・独創性、挑戦性

　液体・ソフトマターの内部やそれらが固体表面と接した界面における熱輸送は、分子スケールの解析により日本の熱工学界が世界をリードしてきた研究分野です。本研究では、戦略目標の主要な背景である電子機器の冷却や発生した熱の有効利用に関して、不可欠な要素である界面熱抵抗の低減に焦点を絞り、ナノスケール界面熱輸送の数値解析に加えて界面熱輸送の高精度計測や分子修飾・分子接合・表面処理などの実験的手法を駆使して解析を進めます。これにより、液体・ソフトマター・界面における分子・ナノスケールの熱輸送の特性を明らかにすると共に、様々なスケールの現象が複雑に関連してその特性を支配している界面熱輸送特性を制御するための基盤技術を確立します。また、熱界面材料として有効な新しいナノ構造物質の発見に挑みます。このような界面熱抵抗の総合的な解析は、世界に例のない独創性をもつと共に、電子機器における発熱の問題の解決に向けて大きな意義をもちます。

研究成果により想定されるインパクト、将来像、イノベーション創出への寄与など

固体層を接合した界面における熱抵抗は、電力変換用パワーモジュールや高性能CPUだけではなく、あらゆる固体接合面に存在し、広く熱機器や熱・電子デバイスにおける熱輸送の高性能化を阻害しています。このメカニズムを解明し普遍的な解決法を見出すことは、熱利用の高効率化や省エネルギーの観点から大きなインパクトがあります。次世代界面熱材料の開発においては、分子接合や界面修飾の効果が大きく、広範な熱機器・熱デバイスに適用可能な新たな界面熱材料を見出すことができれば、熱マネージメント分野で新しい学理と技術に基づく工業的な応用展開が可能となります。