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ナノ観察・ナノ操作による新機能開拓
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特集にあたって
Introduction
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糸﨑秀夫(大阪大学大学院 基礎工学研究科 教授)
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有機分子を固体表面に並べて作る幾何学模様
Geometric Patterns created by Aligning Organic Molecules on Surface
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戸部義人(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻 教授)
田原一邦(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻 助教)
最近,分子の自己集合を利用したボトムアップアプローチにより,固体表面に2次元ナノ構造を形成する研究に興味が集まっている。ここで2次元ナノ構造の形成に用いられる部品は,多様な化学的性質を付与され,しかも自己組織化がプログラムされた有機分子である。本稿では,有機分子による2次元ナノ構造の形成と機能に関する基礎と,最近の研究動向について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 研究背景
2.1 表面における単分子膜
2.2 固液界面における2次元分子ネットワークの構造を決定する4つの相互作用
2.3 分子-基板間相互作用
2.4 分子間相互作用
2.5 溶媒の役割
2.6 溶質濃度の与える分子ネットワークへの影響
3. 最近の研究動向
3.1 単一成分から多成分へ
3.2 異なる成分分子間の相互作用を利用した多成分ネットワークの形成
3.3 多孔性ネットワークによる異分子の共吸着
3.4 3成分以上の配列制御
3.5 化学反応の誘起による分子間連結
4. おわりに
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分子を用いたスピントロニクス素子
Spintronics Devices based on Organic Materials
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多田博一(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 教授)
La0.67Sr0.33MnO3膜を,電子ビームリソグラフィーによってギャップ間隔200nm程度の電極に加工し,ペンタセンなどの有機材料を蒸着して,極低温下で電気抵抗の磁場依存性を計測した。明確なスピンバルブ特性が確認され,その磁気抵抗比は,薄膜の結晶性,バイアス電圧,測定雰囲気の影響を受けることがわかった。
【目次】
1. はじめに
2. 素子の作製と計測方法
3. スピンバルブ特性
4. おわりに
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分子が感じる力の空間マッピング
Mapping of Chemical Interactions Sensed by Single Molecular Probe
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福井賢一(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻 教授)
近年,ごく微弱な力の計測技術の進歩に伴い,1個の分子を原子間力顕微鏡(AFM)の“探針”として用いた力計測の可能性が開けてきた。本稿では,外部からの光によって変形することで先端の化学官能基を入れ替えられる三脚型探針分子を使って,1分子が感じる力の分子スケールでのマッピングをめざす研究の現状を紹介したい。
【目次】
1. はじめに
2. これまでの化学修飾探針を使った試み
3. 高分解能観察を可能とする機能性分子探針に求められる設計指針
4. 三脚型探針分子1のAu表面への固定化と光による可逆的な変形
5. 水素結合検出用分子探針による表面水酸基との水素結合力の抽出計測
6. まとめと今後の展望
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力学的原子操作による原子埋め込み文字の室温組み立て
Embedded Atom Letters build by Mechanical Atom Manipulation at Room Temperature
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森田清三(大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 教授)
杉本宜昭(大阪大学 大学院 工学研究科 グローバル若手研究者研究拠点 特任講師)
阿部真之(大阪大学 大学院 工学研究科 原子分子イオン制御理工学センター 准教授)
個々の原子を見て原子操作して小さな物質を作るファインマン教授の夢の紹介から,混在した異種原子を室温で交換する交換型「水平」原子操作と探針先端原子と異種の試料表面原子を室温で交換する交換型「垂直」原子操作の紹介と,交換型原子操作を用いて異種の原子を埋め込んで原子文字を描く原子埋め込み文字の室温組み立ての紹介を行う。
【目次】
1. ファインマン教授の夢:究極のナノテクノロジー・ナノサイエンス
2. 個々の原子を見る夢と原子操作・組み立ての夢
3. われわれの夢:力学的原子識別・操作による多元素ナノ構造体組み立て
4. 異種原子交換型「水平」原子操作による原子埋め込み文字“Sn”組み立て
5. 単原子ペンを用いた交換型「垂直」原子操作による原子埋め込み文字“Si”組み立て
6. おわりに
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固液界面での動的平衡に基づく分子配列制御と観察
In situ STM Observation of Molecular Dynamics at Solid-Liquid Interfaces
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國武雅司(熊本大学 大学院 自然科学研究科 複合ナノ創成科学講座 教授;JST-CREST)
電気化学STMを用いた電解質水溶液中での単結晶金属表面への有機分子の吸着・配列制御とその観察について紹介する。表面拡散や吸脱着平衡が保たれた動的な平衡吸着系を設定することで,電位で可逆に相互作用バランスを制御しながら,分子の自己組織化を表面で促すことが可能となる。
【目次】
1. はじめに
2. 電気化学STMによる固液界面での有機分子の観察
3. 吸着自己組織化による2次元分子パターン生成
4. 電位制御を利用した吸着自己組織化の誘起
5. 秩序-秩序表面相転移の観察と制御
6. おわりに
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ナノ構造の電気伝導直接測定
Direct Electric Measurement of Nanostructures
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田中啓文(大阪大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教)
小川琢治(大阪大学 大学院 理学研究科 化学専攻 教授)
ナノ構造の電気伝導度を測定する手法は非常に限定されている。特にサイズが10nmを下回る物質の単独測定には多くの困難さが伴う。本稿ではそれらの困難を克服するためにわれわれが独自に用いる2つの手法――分子定規法によるナノギャップ電極作製法と点接触電流イメージング(PCI-)AFM法――を紹介する。前者では金ナノ粒子のクーロンブロッケード現象の測定に成功し,後者ではさまざまなナノ粒子が吸着したSWCNTの電気伝導特性に成功した。それぞれナノ構造の電気伝導直接計測に有効な手法である。
【目次】
1. はじめに
2. 「分子定規法」を用いたナノギャップ電極作製
2.1 分子定規法の概要
2.2 分子定規法により作製したナノギャップ電極を利用した金ナノ粒子測定
2.3 分子定規法まとめ
3. PCI-AFM法
3.1 PCI-AFM法の概要
3.2 SWCNTで配線した平面分子ナノデバイスの電気特性評価
3.3 金属SWCNTへの金属ナノ粒子の吸着による金属半導体転移
3.4 PCI-AFM法まとめ
4. おわりに
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Material Report
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R&D
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オゾン処理による塩化ビニルの選択的表面改質と分離への応用
Selective Ozonation of Polyvinyl Chloride and its Separation from Plastic Mixture
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奥田哲士(広島大学 環境安全センター 助教)
西嶋渉(広島大学 環境安全センター 教授)
岡田光正(広島大学 大学院 工学研究科 教授)
オゾンによるポリ塩化ビニル(PVC)の選択的親水化と,親水性-疎水性の差を利用して分離を行う浮遊選別技術を組み合わせることで,比重の近い混合プラスチックからPVCのみを選択的に分離する技術を開発した。これまでに,オゾンとPVCの反応はPVC骨格の塩素原子が酸素原子に置き換わる反応であり,その結果としてPVC表面の親水化が進行することを明らかにしている。
【目次】
1. はじめに
2. PVCの選択的表面改質と浮遊選別による分離の原理
3. PVCの選択的な親水化
4. 親水化のメカニズム
5. 浮遊選別との組み合わせによるPVCの分離
6. おわりに
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光を用いた微小気泡操作技術の可能性
Optical Methodology for Non-contact Microbubble Manipulation
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元祐昌廣(東京理科大学 工学部第一部 機械工学科 助教)
本阿弥眞治(東京理科大学 工学部第一部 機械工学科 教授)
近年,微小流路構造を有するマイクロ流体チップが多方面で注目されている。小型・高効率・微量試料などの長所を有する一方,実に多くの場面で疎まれる存在でもある。筆者らは,光を用いて微小流路内部の小さな気泡を外部から操作する技術を開発している。ここでは,さまざまな応用が期待できるその技術の概要と可能性について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. マイクロ流体デバイスと微小気泡
3. 微小気泡の制御―光熱誘起マランゴニ対流を用いた気泡操作
4. 壁面上の微小気泡の操作
5. 微小気泡の液中でのトラップ(捕捉)
6. 光走査による気泡マニピュレーション
7. おわりに
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連載 ロボットテクノロジー都市の実現に向けて(8)
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バイオロボティクスと燃料電池
Bio-robotics and Fuel Cells
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脇坂知行(大阪市立大学 大学院 工学研究科 機械物理系専攻 教授)
高田洋吾(大阪市立大学 大学院 工学研究科 機械物理系専攻 講師)
ヒューマノイドロボットをはじめ,さまざまな移動型ロボットの長時間駆動を可能にするには,エネルギー効率の高い生物の運動方式に学び,省エネルギー化を図る必要がある。また,それらの電源として,エネルギー密度の高い燃料電池の実用化が期待されている。本稿では,筆者らが開発した小型・超軽量の自立型固体高分子燃料電池「Power Tube」および酵母を用いたバイオ燃料電池と,それらのロボットへの適用例について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 固体高分子型燃料電池
2.1 発電原理と構造
2.2 MEAの作製方法
2.3 Power Tubeの構造・性能
3. 魚ロボットへのPower Tubeの適用
3.1 水素発生器付きPower Tubeを電力源とする魚ロボット
3.2 メタノールを用いたPower Tubeを電力源とする小型魚ロボット
4. バイオ燃料電池の適用
5. アクアロボットの遊泳能力の向上
5.1 魚の推進メカニズムの解明
5.2 魚ロボットの遊泳の準最適化
5.3 人型スイミングロボットの遊泳の準最適化
6. おわりに
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Market data
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薄膜蒸着(CVD,PVD)の市場動向
Market Trend on Thin Film Deposition(CVD,PVD)
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【目次】
1. 概要
(1) CVD
(2) PVD
2. 需要
2.1 CVDの用途
2.2 PVDの用途
3. 市場規模
4. 企業動向
(1) アルバック
(2) キヤノンアネルバ
(3) 米アプライドマテリアルズ社
(4) IHI
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特集にあたって
Introduction
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糸﨑秀夫(大阪大学大学院 基礎工学研究科 教授)
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有機分子を固体表面に並べて作る幾何学模様
Geometric Patterns created by Aligning Organic Molecules on Surface
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戸部義人(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻 教授)
田原一邦(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻 助教)
最近,分子の自己集合を利用したボトムアップアプローチにより,固体表面に2次元ナノ構造を形成する研究に興味が集まっている。ここで2次元ナノ構造の形成に用いられる部品は,多様な化学的性質を付与され,しかも自己組織化がプログラムされた有機分子である。本稿では,有機分子による2次元ナノ構造の形成と機能に関する基礎と,最近の研究動向について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 研究背景
2.1 表面における単分子膜
2.2 固液界面における2次元分子ネットワークの構造を決定する4つの相互作用
2.3 分子-基板間相互作用
2.4 分子間相互作用
2.5 溶媒の役割
2.6 溶質濃度の与える分子ネットワークへの影響
3. 最近の研究動向
3.1 単一成分から多成分へ
3.2 異なる成分分子間の相互作用を利用した多成分ネットワークの形成
3.3 多孔性ネットワークによる異分子の共吸着
3.4 3成分以上の配列制御
3.5 化学反応の誘起による分子間連結
4. おわりに
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分子を用いたスピントロニクス素子
Spintronics Devices based on Organic Materials
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多田博一(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 教授)
La0.67Sr0.33MnO3膜を,電子ビームリソグラフィーによってギャップ間隔200nm程度の電極に加工し,ペンタセンなどの有機材料を蒸着して,極低温下で電気抵抗の磁場依存性を計測した。明確なスピンバルブ特性が確認され,その磁気抵抗比は,薄膜の結晶性,バイアス電圧,測定雰囲気の影響を受けることがわかった。
【目次】
1. はじめに
2. 素子の作製と計測方法
3. スピンバルブ特性
4. おわりに
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分子が感じる力の空間マッピング
Mapping of Chemical Interactions Sensed by Single Molecular Probe
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福井賢一(大阪大学 大学院 基礎工学研究科 物質創成専攻 教授)
近年,ごく微弱な力の計測技術の進歩に伴い,1個の分子を原子間力顕微鏡(AFM)の“探針”として用いた力計測の可能性が開けてきた。本稿では,外部からの光によって変形することで先端の化学官能基を入れ替えられる三脚型探針分子を使って,1分子が感じる力の分子スケールでのマッピングをめざす研究の現状を紹介したい。
【目次】
1. はじめに
2. これまでの化学修飾探針を使った試み
3. 高分解能観察を可能とする機能性分子探針に求められる設計指針
4. 三脚型探針分子1のAu表面への固定化と光による可逆的な変形
5. 水素結合検出用分子探針による表面水酸基との水素結合力の抽出計測
6. まとめと今後の展望
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力学的原子操作による原子埋め込み文字の室温組み立て
Embedded Atom Letters build by Mechanical Atom Manipulation at Room Temperature
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森田清三(大阪大学 大学院 工学研究科 電気電子情報工学専攻 教授)
杉本宜昭(大阪大学 大学院 工学研究科 グローバル若手研究者研究拠点 特任講師)
阿部真之(大阪大学 大学院 工学研究科 原子分子イオン制御理工学センター 准教授)
個々の原子を見て原子操作して小さな物質を作るファインマン教授の夢の紹介から,混在した異種原子を室温で交換する交換型「水平」原子操作と探針先端原子と異種の試料表面原子を室温で交換する交換型「垂直」原子操作の紹介と,交換型原子操作を用いて異種の原子を埋め込んで原子文字を描く原子埋め込み文字の室温組み立ての紹介を行う。
【目次】
1. ファインマン教授の夢:究極のナノテクノロジー・ナノサイエンス
2. 個々の原子を見る夢と原子操作・組み立ての夢
3. われわれの夢:力学的原子識別・操作による多元素ナノ構造体組み立て
4. 異種原子交換型「水平」原子操作による原子埋め込み文字“Sn”組み立て
5. 単原子ペンを用いた交換型「垂直」原子操作による原子埋め込み文字“Si”組み立て
6. おわりに
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固液界面での動的平衡に基づく分子配列制御と観察
In situ STM Observation of Molecular Dynamics at Solid-Liquid Interfaces
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國武雅司(熊本大学 大学院 自然科学研究科 複合ナノ創成科学講座 教授;JST-CREST)
電気化学STMを用いた電解質水溶液中での単結晶金属表面への有機分子の吸着・配列制御とその観察について紹介する。表面拡散や吸脱着平衡が保たれた動的な平衡吸着系を設定することで,電位で可逆に相互作用バランスを制御しながら,分子の自己組織化を表面で促すことが可能となる。
【目次】
1. はじめに
2. 電気化学STMによる固液界面での有機分子の観察
3. 吸着自己組織化による2次元分子パターン生成
4. 電位制御を利用した吸着自己組織化の誘起
5. 秩序-秩序表面相転移の観察と制御
6. おわりに
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ナノ構造の電気伝導直接測定
Direct Electric Measurement of Nanostructures
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田中啓文(大阪大学 大学院 理学研究科 化学専攻 助教)
小川琢治(大阪大学 大学院 理学研究科 化学専攻 教授)
ナノ構造の電気伝導度を測定する手法は非常に限定されている。特にサイズが10nmを下回る物質の単独測定には多くの困難さが伴う。本稿ではそれらの困難を克服するためにわれわれが独自に用いる2つの手法――分子定規法によるナノギャップ電極作製法と点接触電流イメージング(PCI-)AFM法――を紹介する。前者では金ナノ粒子のクーロンブロッケード現象の測定に成功し,後者ではさまざまなナノ粒子が吸着したSWCNTの電気伝導特性に成功した。それぞれナノ構造の電気伝導直接計測に有効な手法である。
【目次】
1. はじめに
2. 「分子定規法」を用いたナノギャップ電極作製
2.1 分子定規法の概要
2.2 分子定規法により作製したナノギャップ電極を利用した金ナノ粒子測定
2.3 分子定規法まとめ
3. PCI-AFM法
3.1 PCI-AFM法の概要
3.2 SWCNTで配線した平面分子ナノデバイスの電気特性評価
3.3 金属SWCNTへの金属ナノ粒子の吸着による金属半導体転移
3.4 PCI-AFM法まとめ
4. おわりに
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Material Report
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R&D
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オゾン処理による塩化ビニルの選択的表面改質と分離への応用
Selective Ozonation of Polyvinyl Chloride and its Separation from Plastic Mixture
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奥田哲士(広島大学 環境安全センター 助教)
西嶋渉(広島大学 環境安全センター 教授)
岡田光正(広島大学 大学院 工学研究科 教授)
オゾンによるポリ塩化ビニル(PVC)の選択的親水化と,親水性-疎水性の差を利用して分離を行う浮遊選別技術を組み合わせることで,比重の近い混合プラスチックからPVCのみを選択的に分離する技術を開発した。これまでに,オゾンとPVCの反応はPVC骨格の塩素原子が酸素原子に置き換わる反応であり,その結果としてPVC表面の親水化が進行することを明らかにしている。
【目次】
1. はじめに
2. PVCの選択的表面改質と浮遊選別による分離の原理
3. PVCの選択的な親水化
4. 親水化のメカニズム
5. 浮遊選別との組み合わせによるPVCの分離
6. おわりに
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光を用いた微小気泡操作技術の可能性
Optical Methodology for Non-contact Microbubble Manipulation
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元祐昌廣(東京理科大学 工学部第一部 機械工学科 助教)
本阿弥眞治(東京理科大学 工学部第一部 機械工学科 教授)
近年,微小流路構造を有するマイクロ流体チップが多方面で注目されている。小型・高効率・微量試料などの長所を有する一方,実に多くの場面で疎まれる存在でもある。筆者らは,光を用いて微小流路内部の小さな気泡を外部から操作する技術を開発している。ここでは,さまざまな応用が期待できるその技術の概要と可能性について述べる。
【目次】
1. はじめに
2. マイクロ流体デバイスと微小気泡
3. 微小気泡の制御―光熱誘起マランゴニ対流を用いた気泡操作
4. 壁面上の微小気泡の操作
5. 微小気泡の液中でのトラップ(捕捉)
6. 光走査による気泡マニピュレーション
7. おわりに
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連載 ロボットテクノロジー都市の実現に向けて(8)
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バイオロボティクスと燃料電池
Bio-robotics and Fuel Cells
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脇坂知行(大阪市立大学 大学院 工学研究科 機械物理系専攻 教授)
高田洋吾(大阪市立大学 大学院 工学研究科 機械物理系専攻 講師)
ヒューマノイドロボットをはじめ,さまざまな移動型ロボットの長時間駆動を可能にするには,エネルギー効率の高い生物の運動方式に学び,省エネルギー化を図る必要がある。また,それらの電源として,エネルギー密度の高い燃料電池の実用化が期待されている。本稿では,筆者らが開発した小型・超軽量の自立型固体高分子燃料電池「Power Tube」および酵母を用いたバイオ燃料電池と,それらのロボットへの適用例について紹介する。
【目次】
1. はじめに
2. 固体高分子型燃料電池
2.1 発電原理と構造
2.2 MEAの作製方法
2.3 Power Tubeの構造・性能
3. 魚ロボットへのPower Tubeの適用
3.1 水素発生器付きPower Tubeを電力源とする魚ロボット
3.2 メタノールを用いたPower Tubeを電力源とする小型魚ロボット
4. バイオ燃料電池の適用
5. アクアロボットの遊泳能力の向上
5.1 魚の推進メカニズムの解明
5.2 魚ロボットの遊泳の準最適化
5.3 人型スイミングロボットの遊泳の準最適化
6. おわりに
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Market data
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薄膜蒸着(CVD,PVD)の市場動向
Market Trend on Thin Film Deposition(CVD,PVD)
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【目次】
1. 概要
(1) CVD
(2) PVD
2. 需要
2.1 CVDの用途
2.2 PVDの用途
3. 市場規模
4. 企業動向
(1) アルバック
(2) キヤノンアネルバ
(3) 米アプライドマテリアルズ社
(4) IHI
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