この記事で分かること

第一稀元素化学工業のハフニウムの国内製造

　第一稀元素化学工業は2026年8月に、レアメタル「ハフニウム」の国内製造技術確立および2028年の量産化計画を発表しています。

　日本原子力研究開発機構（JAEA）発のベンチャーである株式会社エマルションフローテクノロジーズ（EFT）との共同研究により、高度な分離精製技術を開発しており、2028年までに生産規模拡大とプロセス最適化を経て、日本国内での量産化を目指しています。

　ハフニウムはAIやデータセンター向けの先端ロジック・メモリ半導体（High-k絶縁膜やメタルゲート材料）や航空宇宙分野で不可欠な重要材料であり、海外依存度が高いハフニウムの国内精製・供給ルートを確立することは、日本の半導体産業における経済安全保障の面からも大きな意味を持ちます。

ハフニウムとは何か

　ハフニウム（英語名: Hafnium、元素記号: Hf、原子番号: 72）は、銀白色の光沢を持つ遷移金属元素（レアメタル）です。化学的性質がジルコニウム（Zr）と酷似しており、天然では必ずジルコニウム鉱石中に僅かに含まれた状態で存在します。耐食性が非常に高く、融点が約2,233℃と極めて高いのが特徴です。

主な性質と特徴

• 高融点・高耐食性: 酸やアルカリに強く、極めて高い温度下でも安定します。
• 高い熱中性子吸収能力: 原子炉内で発生する中性子を効率よく吸収する能力を持ちます。
• 分離の難しさ: Zrと化学的挙動がほぼ同一であるため、高純度に分離・精製することが極めて難しい金属です。

ハフニウムの主な用途

• 先端半導体材料（High-k 絶縁膜）
  • 酸化ハフニウム（HfO2）などの化合物は、CPUやメモリ（DRAM、NAND）の微細化に不可欠な高誘電率（High-k）絶縁膜として使用されます。従来の二酸化ケイ素（SiO2）膜に比べて漏れ電流を飛躍的に抑えられるため、現代の先端半導体の省電力化と高性能化を支えるコア材料となっています。
• 原子力炉の制御棒
  • 中性子を強く吸収する性質と優れた耐食性を活かし、原子炉内の核分裂反応速度を調整する制御棒の材料として使われます。特に高出力密度が求められる原子力潜水艦などの小型原子炉で多用されます。
• 航空宇宙・ガスタービン用超耐熱合金
  • ニッケル（Ni）などをベースとした超耐熱合金にハフニウムを少量添加することで、高温下での強度や耐久性を向上させます。ジェットエンジンのタービンブレードや宇宙ロケットの部材に利用されています。
• プラズマ切断機の電極
  • 融点が高く電子をスムーズに放出する特性を利用し、金属加工に用いられるプラズマアーク切断機の電極先端材料として使われます。

なぜ絶縁膜として優れているのか

　ハフニウム系材料（主に酸化ハフニウム：HfO2）が先端半導体の絶縁膜として優れている理由は、「高誘電率（High-k）」と「高い絶縁性」を両立し、量子トンネル効果による漏れ電流を激減できるためです。

• 物理的な膜厚を保ち漏れ電流を抑制できる（High-k効果）
  • 従来の二酸化ケイ素（SiO2、比誘電率 k：3.9）は、微細化に伴い厚さ1nm以下にまで薄くなり、電子が膜をすり抜ける「量子トンネル効果」による漏れ電流（電力消費や発熱の原因）が激増していました。HfO2 は誘電率が k：20-25 と約5〜6倍高いため、同じ電気的容量（スイッチング性能）を保ちながら物理的な膜厚を約5倍厚く設定でき、漏れ電流を劇的に抑えられます。
• 電子の通過を阻む高いエネルギー障壁（広いバンドギャップ）
  • 高誘電率を持つ材料の多くは絶縁能力（バンドギャップ）が低い傾向にありますが、HfO2 は約5.7eVという広いバンドギャップと、シリコンに対する高いエネルギー障壁を持っています。これにより、電圧をかけても膜内部を電子が透過しにくく、優れた絶縁性を保持します。
• シリコン基板との優れた熱的・化学的安定性
  • 半導体製造工程における1000℃前後の高温熱処理を行っても、シリコン基板と不必要な化学反応を起こして界面が劣化することがありません。欠陥が非常に少ない接合面（界面）を作れるため、実際の製造プロセスへの導入が容易でした。

　これらの特性により、45nm（ナノメートル）世代以降のCPUやGPU、最新のDRAMなどの微細化・省電力化を支える必須の材料となっています。

なぜ国内で製造するのか、現状はどこの国から輸入しているのか

1. 現状はどこの国から輸入しているのか

　現状、日本はハフニウムのほぼ全量をフランスやアメリカなどの海外から輸入しています。

• 主な供給国: フランス（Framatome社など）、アメリカ（ATI社など）、中国
• 供給構造: ハフニウムは単体鉱石として採掘されるのではなく、原子力部材などに使う「ジルコニウム」の精製過程で生じる副産物です。そのため、大規模なジルコニウム分離・精製プラントを持つ一部の国・企業に供給が集中しています。

2. なぜ日本国内で製造（精製）するのか

• 経済安全保障とサプライチェーンの安定化
  • ハフニウムは先端半導体（2nm以下の超微細プロセスなど）の製造に不可欠な「特定重要物資」級のレアメタルです。地政学リスクや海外の情勢変化による供給停滞を防ぎ、国内で安定調達できる体制を整える必要があります。
• 国内の先端半導体製造との連携
  • Rapidus（ラピダス）をはじめ、日本国内で先端半導体の製造基盤を整える動きが進んでいます。材料である高純度ハフニウムを国内で自給・供給できる環境をつくることで、半導体産業全体の競争力を高められます。
• 分離技術のブレイクスルー
  • ハフニウムとジルコニウムは化学的性質が酷似しており、高純度に分離するのが極めて困難でした。第一稀元素化学工業が日本原子力研究開発機構（JAEA）発のベンチャー（エマルションフローテクノロジーズ）と組むことで、高効率・低コストで高度分離・精製する技術のめどが立ったことが大きな理由です。
• 主力のジルコニウム事業とのシナジー
  • 第一稀元素化学工業はジルコニウム化合物の世界大手です。ジルコニウムからハフニウムをきれいに取り除くことで、本業であるジルコニウム製品の純度・品質も高まり、高価値なハフニウムも同時に回収できる相互メリットがあります。