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纳米世界的观察者:这家东丽子公司推动着半导体和电池产业的进化

本文的3个要点:

在新一代半导体和电池开发竞争的背景下,受托分析业务增长 竞争力不在于新奇的分析设备,而在于人积累的技术经验 这家企业是日本企业夺回技术优势的可靠伙伴

在新一代半导体和电池开发不可缺少的材料和结构分析领域,有一家业绩不断提升的隐形增长企业。那就是东丽子公司“Toray Research Center”(简称TRC,位于东京都中央区)。TRC通过巧妙地操纵电子束和光线,来观察以纳米为单位的世界,这种技术获得了很高的评价。

从大津市的JR石山站出来穿过一个住宅区,就会在前面看到一座小山,TRC的分析基地就建在小山上。基地里摆放着40多台未曾见过的奇形怪状的装置。“近场拉曼光谱仪”“纳米离子探针((Nano SIMS)”——。名字听起来也难以理解,一问才知道净是些1台几亿~10亿日元的昂贵装置。有的是全球首次引进的设备,有的甚至是独一无二的自主开发设备。

东丽的全资子公司TRC从事的业务是受企业委托,分析半导体和生物药品等材料的物性和晶体结构等。帮助客户企业查明产品开发过程中出现缺陷的原因,或者确认开发出来的新材料能否按照设计发挥作用。

东丽Research Center的分析基地摆放着多台最尖端的分析装置(大津市)

近年来,以应对AI(人工智能)及小型化·省电化等技术革新为目标,半导体开发竞争尤为激烈。新技术实用化的时间也越来越短。虽然是不起眼的幕后工作,但TRC在不断试错的产品开发中发挥着巨大作用。

随着这种作用得到广泛认可,对于希望分析2纳米以下最尖端半导体以及碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)等功率半导体新一代材料的特性和结构的企业来说,TRC成为了他们的“求助对象”。

虽然因签署保密协议的关系不能公开名称,但据该公司介绍,众所周知的世界级半导体代工企业、芯片设计公司、功率半导体厂商等都在其客户名单上。

在TRC的销售额中,半导体相关分析占3成,电池相关分析占3成。年度交易企业数量高达1100家(2022财年,截至2023年3月的实际数据),受托件数达到1万2500件。该公司的业绩十分出色,2022财年销售额实现了连续两财年刷新历史最高纪录。

竞争力的源泉不在设备而在于技术经验

“人们普遍认为,只要拥有昂贵的分析仪器,任何人都能进行高级分析,其实不然。如果缺少如何进行分析的技术经验,就无法导出正确的结果”,TRC社长吉川正信解释道,自己公司的竞争力源泉不在于仪器,而在于人。在420名员工中,近6成是拥有高级技能的硕士或博士。

TRC的吉川社长自己也很擅长使用光等进行物性分析

比如,在电子显微镜下,通过观察用电子束照射半导体材料时的“发光”现象,找出晶体的缺陷和杂质等。但其实说起来容易做起来难。据介绍,仅仅是电子束的照射方法不同,就能导致结果出现变数。

被称为“拉曼光谱法”、使用激光的分析技术也是该公司的擅长领域。只要把透过测量装置聚光透镜的光缩小,就能观察到材料更加微小的部位,但光的尺寸极限是500纳米。无法观察更微小的晶体结构。于是,TRC在材料中插入了带有微孔的板。通过利用从板孔中漏出来的光,使此前无法观察到的150纳米级精细晶体结构或材料所承受的应力等全部呈现出来,TRC由此确立了这项技术。

TRC还在“前处理”(分析前将材料的截面切片做成样本)方面技高一筹。“如果只是简单地将截面切片,可能会破坏想要观察的部位结构”,研究部门负责人大塚祐二表示。包括硬度及成分等、想以多大的光尺寸分析什么,必须根据这些条件,在研磨、高压水、离子束等方法中选择出最合适的方式来切割材料。这方面也是技术经验最管用。

在开发过程中遇到意料之外困难的半导体和材料厂商根据TRC的分析结果,将其用于设计新电路及材料开发等。通过重复这些过程打磨技术,有利于实现更高性能且可靠性更高的产品。

近年,除了半导体外,纯电动汽车(EV)等使用的新一代锂离子电池的开发竞争也如火如荼。电解液、电极及隔膜(绝缘材料)等材料特性与产品性能直接相关,委托TRC分析的项目也不断涌现。没有TRC,也就没有电池的日新月异。

TRC的半导体和电池相关分析占到销售额的约6成

客户甚至包括母公司的竞争对手

TRC本来是分析评估东丽开发的极细纤维、积层薄膜和显示器材料等公司内部的部门,在1978年拆分为分公司,正式接受来自集团外部的委托业务。曾经大部分委托来自母公司东丽,但近年来越来越多的制造商看中TRC的分析能力而前来委托,如今外部客户占到销售额的9成。

其中还有从东丽的竞争对手接到的项目。之所以接到这些委托,是因为TRC彻底坚持了保密原则。吉川社长说:“我们坚持信任第一,建立了非常严格的信息管理体制”。竞争对手有神户制钢所集团的神户制钢科研(Kobelco Research Institute,神户市)、住化分析中心(大阪市)等。

据TRC介绍:“作为日本制造业的特点,委托民营企业分析半导体和电池的做法不断普及。在(半导体及电池产业繁荣的)亚洲,代分析还没有像日本这样普及”,包括TRC在内的日本企业拥有很强的竞争力。

随着台积电(TSMC)入驻熊本、剑指量产最尖端半导体的Rapidus创建,日本国内的半导体产业有望复苏。在电池领域,丰田等大型汽车厂商致力于开发新一代锂电池和被视为下一个真命天子的全固态电池。

对于处于全球技术开发竞争最前沿的厂商来说,像TRC这样熟练使用测量设备,正确评估材料的代分析专业企业的存在有很大意义。成为一直落后于中国和欧美的日本产业界挽回技术优势的可靠伙伴。

因此,除了技术,信息管理等持续获得客户信赖的诚信也是企业发展的条件。如果不以人为核心而以设备为核心经营,固有的企业价值会瞬间崩塌。这一点以吉川社长为首的TRC员工们应该最为清楚。

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东丽半导体动力电池

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