2025年12月29日、香港大学（HKU）とKAISTの研究チームによる画期的な研究成果が発表されました。今回開発されたのは、世界最小となる全印刷型赤外線光検出器です。この技術は、従来のシリコンベースの製造プロセスが抱えていたコストや技術的な課題を克服し、ナノレベルでの微細なセンサー製造を可能にします。センサー技術の進化は、データを扱うITインフラや、高度な解析を行うAI技術の発展にも直結する重要な要素です。物理的なデバイスの革新が、将来的なソフトウェアやプログラミングによる制御技術にどのような影響を与えるのか、その詳細を見ていきましょう。

概要

ナノ解像度を実現した革新的な印刷技術

今回の発表において最も注目すべき点は、製造プロセスに使用された電気流体力学的印刷（EHDP: Electrohydrodynamic Printing）という技術です。香港大学の研究チームは、この技術を用いることで、従来の限界を超えた微細加工を実現しました。

• 70nmの極細線幅： 研究チームは、銀ナノクリスタルを材料として使用し、わずか70ナノメートルという線幅での印刷に成功しました。これは人間の髪の毛の数千分の一という細さであり、ナノテクノロジーにおける大きなマイルストーンとなります。
• 10µm未満のピクセルサイズ： 検出器の画素（ピクセル）サイズを10マイクロメートル未満に縮小することに成功しました。これにより、センサーデバイス全体の超小型化が可能となり、高密度な集積が実現します。

この技術開発を主導したLeo Tianshuo Zhao教授は、2022年に香港大学に着任して以来、ナノセンサーや検出器の開発に注力してきました。今回の成果は、光電子デバイスの製造技術における「重要な進歩」として位置づけられています。微細な回路を印刷技術で形成できることは、製造に必要なエネルギーやコストを大幅に削減できることを意味し、持続可能なITデバイス製造への道を開くものです。

シリコン技術の限界を突破する室温プロセス

これまでの光検出器、特に赤外線領域を扱うセンサーの製造には、シリコンベースの技術が主流でしたが、いくつかの大きな課題が存在していました。今回の全印刷型検出器は、それらの課題に対する明確なソリューションを提供しています。

従来の課題と今回のブレイクスルーは以下の通りです。

• 近赤外線（NIR）検出の難しさ： 従来のシリコン技術では、近赤外線を直接検出することは困難であり、特殊な加工や材料の組み合わせが必要でした。今回開発されたプラットフォームは、このNIRを室温で直接検出することを可能にしました。
• 高価なプロセスの排除： 通常、高性能なセンサーを作るには真空環境や高温処理が必要ですが、本技術では室温での化学処理によって製造が可能です。これにより、高導電性とカスタマイズ可能な材料特性を実現しつつ、製造コストを劇的に下げることができます。
• ボンディング不要： 従来のセンサーは、読み出し用のシリコン回路に別のプロセスで作ったセンサーを接合（ボンディング）する必要がありました。しかし、全印刷型であれば回路基板上に直接センサーを形成できるため、この複雑な工程が不要になります。

このように、高価な設備投資や複雑な工程を必要としない製造手法は、センサーデバイスの低価格化を促進します。ハードウェアのコストが下がれば、それを制御するプログラミングや組み込みソフトウェアの開発リソースに、より多くの投資を回すことが可能になるでしょう。

IT・AI分野への応用と未来の可能性

世界最小の赤外線光検出器の登場は、単なる部品の小型化にとどまらず、ITシステム全体やAI技術の進化にも大きな影響を与えると予想されます。センサーは現実世界の情報をデジタルデータに変換する入り口であり、その性能向上はシステム全体の価値を高めるからです。

• バイオセンシングの進化： 超小型で高感度な赤外線センサーは、ウェアラブルデバイスや医療機器への組み込みを容易にします。これにより、生体データをリアルタイムで収集し、AI技術を用いて健康状態を解析する高度なヘルスケアサービスの開発が加速するでしょう。
• 通信分野での活用： 光通信において近赤外線は重要な帯域です。低コストで高性能な検出器が普及すれば、光通信モジュールの小型化が進み、データセンターや通信インフラの効率化に貢献します。これを支える通信制御ソフトウェアの重要性も増していきます。
• IoTとエッジコンピューティング： 安価で小型なセンサーは、あらゆるモノがネットにつながるIoTの普及を後押しします。エッジデバイス側で高度なセンシングが可能になれば、サーバーに送る前の段階でデータ処理を行うエッジAIの活用範囲も広がります。

開発者にとっては、こうした新しいハードウェアを使いこなすための新たな開発ツールやSDK（ソフトウェア開発キット）の需要も生まれるでしょう。物理的な制約が取り払われることで、アイデア次第で全く新しいアプリケーションを生み出すチャンスが広がります。

まとめ

香港大学とKAISTによる今回の発表は、光電子デバイスの歴史における大きな転換点となりそうです。要点を振り返ります。

• 世界最小の実現： ナノ解像度の電気流体力学的印刷（EHDP）により、線幅70nm、ピクセルサイズ10µm未満の全印刷型赤外線光検出器を開発しました。
• 製造革新： 室温プロセスでの製造が可能になり、従来のシリコン技術では困難だった近赤外線の直接検出を低コストで実現しました。
• 広がる応用： バイオセンシングや通信分野での活用が期待され、センサーの小型化・高性能化を牽引します。

この技術が実用化されれば、私たちの身の回りにあるデバイスはより賢く、よりコンパクトに進化するでしょう。ハードウェアの進化は、それを活用するプログラミングやAI技術、そしてソフトウェアソリューションの進化と不可分です。今後の研究開発の進展と、市場への投入が非常に楽しみなニュースです。