原料精製から実装まで行う、
世界唯一のCdTe放射線検出器メーカー

2015年度に打ち上げ予定のX線天文衛星「ASTRO-H」には、先進的な観測機器が多数搭載されているが、この製造に携わった企業が沖縄県うるま市に存在する。テルル化カドミウム(CdTe)半導体放射線検出器の開発・製造を行う、株式会社アクロラドだ。
原料であるCdとTeの精製からCdTe素子のSi回路との実装まで一貫して行う点が特徴であり、当該検出器を扱うメーカーの中では、世界で唯一、利益を出している。

検出器に使われているCdTeには、従来使用されてきたシリコン(Si)やゲルマニウム(Ge)に比べ、放射線の検出効率が高く、かつ室温での動作が可能という利点がある(例えばGeの場合、-196℃の液体窒素を使う冷却装置などが必要である)。また、密度が高いため、薄くても十分な検出が可能な点も特徴で、普通のX線であれば1ミリ程度の厚さで十分に検出することができる。
アクロラドの強みは、このCdTeの高純度・高抵抗・大型の結晶の製造技術を確立した点である。それを支えるのは、20年以上にわたる研究により蓄積された、膨大なノウハウである。どのような条件下であれば結晶成長が上手くいくのか。電極はどのように形成すれば良いか。特許情報や論文からは読み取れない無数のノウハウが、アクロラドの品質を支えている。

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左側がCdTe素子、右側がシリコン回路

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CdTe素子表面のピクセル

女性の指先の爪ほどの大きさの、小さなCdTe素子とシリコン回路それぞれに、100マイクロメートル間隔で並んだ、3万個のピクセルが存在する。互いのピクセルがぴったりと重なるように、CdTe素子とシリコン回路を重ね、二層のハイブリッドにする。

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沖縄県うるま市にある、アクロラドの本社・工場。

会社設立から11年間は赤字が続き、最大で13億円の累積赤字を抱えたこともあるという。政府や沖縄県からの補助金や投資家の融資も受けつつ、12年目には黒字化を達成した。今後は工場を拡張し、量産化を目指す予定だ。

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ゾーンリファイニング装置

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結晶成長装置(THM法)

ゾーンリファイニング装置などを使い、カドミウム(Cd)とテルル(Te)の純度を、99.99%からさらに99.9999%の高純度にまで高める。その後、結晶成長装置(THM法)にてCdTe単結晶を成長させる。製品化に必要な大きさの結晶になるまでには1月以上の時間が必要だ。

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円柱状のCdTeを切断する機械や、そのウェハー(切片)を磨く機械が並ぶクリーンルーム

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研磨前(左上)と後(中央)のウェハー 研磨後ウェハーはまるで鏡のよう

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電極を形成したCdTeウェハーをカット(ダイシング) する

円柱状に成長したCdTe単結晶は、用途に合わせて厚さ0.5~3ミリのウェハー状に切り出された後、装置で鏡面研磨され電極形成が行われる。最終段階では、例えばピクセルに欠けがないかなど、人の目できめ細やかに、検出器の品質・性能チェックが行われていた。

株式会社アクロラド

本社所在地 沖縄県うるま市
主な拠点 本社・工場(沖縄県うるま市)
主な事業 CdTe素子及びCdTe放射線検出器の開発・製造・販売
これまで手掛けた
主な宇宙機器
天文衛星INTEGRAL(ESA)
X線天文衛星ASTRO-H
企業HP http://www.acrorad.co.jp/

INTERVIEW

インタビュー

宇宙開発への参加は
「将来への投資」

株式会社アクロラド
CEO兼代表取締役社長 大野良一氏

アクロラド社は、放射線検出器の研究開発を行うメーカーとして、世界最大にして唯一、純度の高いテルル化カドミウム(CdTe)の大型結晶の量産技術とノウハウを確立した。2015年度に打ち上げ予定の天文衛星「ASTRO−H」にも搭載される放射線検出器の開発秘話から、宇宙開発との関わりなどについて伺った。


アクロラドの主力製品は?

歯科医院で使われているパノラマX線撮影装置に内蔵されたX線画像検出器です。歯科のX線撮影では、頭蓋骨を通す強さを持ったX線を使用する必要がある一方、出来るだけ線量を減らしたいとのニーズがあります。そこで、感度が良く、鮮明な画像を検出することできる、CdTeを使った検出器が役立つわけです。現在、世界で製造されている歯科用パノラマ装置に、我が社の検出器が使用されています。その他には、食品等の異物検査機器にも利用されています。

なぜ放射線検出器の開発に着手したのですか?

我が社の基幹となっている技術者は、もともと日本鉱業株式会社(現JX日鉱日石金属株式会社)の出身で、金属精錬の過程で生ずる副産物の活用方法について研究していました。
カドミウム(Cd)は亜鉛精錬の過程で生ずる金属で、テルル(Te)は銅鉱石の中に微量に含まれている金属です。この2種の金属の化合物であるCdTeは赤外線を感知できる半導体であるため、赤外線検出器や暗視カメラなどの基板として安定した需要が見込まれていました。
また、CdTe半導体の特性として、放射線への感度も高いことが当時から知られていました。しかし、この半導体で放射線検出器を作るためには、純度が高く、検出を行うのに十分な大きさを持った、高抵抗の結晶が必要でした。1980年代当時、このような結晶を安定して作る技術は未だ確立されてなかったため、量産に成功すれば新しいビジネスになると考えました。そこで2000年に、技術者7名を含めた20名でアクロラドを立ち上げました。

宇宙開発に参入した経緯は?

1995年頃、放射線検出器のメーカーさんから、ISAS(宇宙科学研究所)の研究者の方に紹介いただいたことがきっかけです。これを機に、宇宙開発用に検出器を提供するようになりました。1998年には、ESA(欧州宇宙機関)から天文衛星INTEGRALの入札案内が届き、これに応札したところ、他社に比べ高性能かつ低価格の提案を行った我々の製品が採用されました。INTEGRALへは、衛星に搭載するカメラと地上試験用に、1年半の間に約3万個の検出器を提供しました。これを機に、日本にCdTeを使った放射線検出器を量産する技術力を持ったメーカーがある、という情報が世界的に共有されるようになりました。この衛星は2000年に打ち上げられ、当初設定されていた運用期間である2年間を大きく延長し、いまだに稼働していると聞いています。
Q.

日本では、いつから宇宙開発に関わったのですか?

ISASの研究者の方とは、2005年に打ち上げられたX線天文衛星「すざく」以前から、次のX線天文衛星「ASTRO−H」にCdTe半導体放射線検出器の搭載を目指し、研究を続けてきました。よって、日本の宇宙開発に携わるようになって、もう10年以上になります。「ASTRO-H」は2015年度に打ち上げ予定ですが、これに使用する検出器の半導体素子はすでに納入済みです。今回の検出器はCdTeだけでなく、他の材料も素材も使って構成されていて応用範囲の広い検出器となっています。その結果、15年前にくらべ高性能かつ小型化することができました。

具体的に研究開発で苦労した点は?

性能要求が高かったので、それに応えるのが非常にきつかったです。例えば、検出器は電圧をかけた状態で使うのですが、その時にどうしても、漏れ電流がいくらか発生してしまいます。普通の用途であれば多少漏れても構わないのですが、X線天文衛星の場合、漏れ電流があるとノイズがが発生し観測の障害となる可能性があるため、100分の1まで減らして欲しいと言われたり。もちろん、我々もできるだけ要求に応えるよう努力をするのですが、ここまで高い性能の半導体素子は、意図して作ることはできません。ですから、ISASの研究室でチェックを受け、衛星の組み立て段階でもチェックを受け、最終的には、納品した検出器の10個中1個くらいしか衛星には採用されていません。

苦労した甲斐はありましたか?

高い性能要求に応えるために試行錯誤しているうちに、新たにわかることが色々とありました。例えば、漏れ電流が増加するのはどのような条件下にあるときか、どのような環境・製造工程をとると増加するのかといった情報が得られました。そうすると、その情報を、地上の商用製品にフィードバックすることができるのです。

最大の成果は?

ISAS研究者の方の発見がきっかけで、検出器の性能安定化に成功しました。もともと、我々は、厚さ1ミリのCdTe放射線検出器にかけられる電圧は100ボルトが限界だと思っていました。一方、この電圧下では、スペクトル測定と呼ばれるX線エネルギー分布の測定が安定しないという問題を抱えていました。それが、ISAS研究者の方がある日、500ボルトの電圧をかけてみたところ、スペクトルが安定することが分かったんです。我々の既成概念が打ち砕かれた瞬間でした。連絡を受けた当初は半信半疑でしたが、実際に高電圧をかけられるように装置を改良したところ、検出器の性能を安定化することができました。この成果を活用した製品が、現在、我が社の売り上げの約半分を占めています。

今後の事業展開について教えてください。

空港での保安検査に潜在的なニーズがあると思っています。我が社の検出器を使えば、例えばペットボトルの中身が可燃物か爆発物かどうか判別できるようになり、テロ対策や乗客の負担軽減に貢献できると考えています。
その他には医療機器も挙げられます。我が社の検出器を搭載した装置では、従来品に比べX線被ばく量を下げるだけでなく、X線画像がより鮮明となります。例えば、組織の違いも色で分かるようになるので、医師にとっても画像が読み解きやすくなります。様々な法令上の要求をひとつ一つクリアし、2020年頃には商品化できればと考えています。
また、コストの削減も課題です。今後は、市場拡大による大量生産化で商品の単価を下げることと、製造技術の向上による不良品の削減に取り組んでいく予定です。

宇宙開発に関わるメリットは?

常識人には考え付かないような発想に触れられることです。いわば将来への投資のようなもので、新しい発想に触れることで、将来どんな製品が誕生するのか、我が社の製品にどんな可能性があるのかを知ることができました。また、JAXAと共同研究することで、新たな研究のきっかけや、新しいビジネスチャンスを掴むこともできました。それが最大のメリットです。現在の我が社の主力商品である放射線検出器も、JAXAと関わることがなかったら、ここまで高性能で汎用性の高い商品には育てられなかったでしょう。
 加えて、JAXAは、我が社が唯一共同開発できるパートナーといえます。民間企業ではないため競合しませんし、研究に関する機密情報も確実に守っていただけますから。

最後に、JAXAに期待することはありますか?

X線天文衛星は、世界の中でも日本が得意とする分野なので、ASTRO-Hを含めた今後の研究開発に期待しています。また、ASTRO−Hに我が社の製品が搭載されていることを、世界に向けてアピールしていただきたい。また、次の衛星にもぜひ採用していただきたいと思っています。

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