| Project/Area Number |
21H04658
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 30:Applied physics and engineering and related fields
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤原 航三 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70332517)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 健作 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40634564)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥42,640,000 (Direct Cost: ¥32,800,000、Indirect Cost: ¥9,840,000)
Fiscal Year 2024: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2021: ¥19,630,000 (Direct Cost: ¥15,100,000、Indirect Cost: ¥4,530,000)
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| Keywords | 固液界面 / 半導体 / 融液成長 / その場観察 / 結晶粒界 / ファセット |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、「各種半導体材料の固液界面ダイナミクスの基礎学術的理解の深化」を目的として実施する。具体的には、1）各種半導体（単成分、混晶、化合物）バルク単結晶の成長速度の限界値、2）各種半導体バルク多結晶の成長速度の限界値、3）各種半導体において結晶粒界の構造が固液界面ダイナミクスに及ぼす影響、4）各種半導体の固液界面における物性値を明らかにする。本研究では、Si（単成分）、SixGe1-xとBixSb1-x（全率固溶型混晶）、GaSbとInSb (Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体)およびCdTe（Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体）を研究対象として、固液界面不安定化現象の詳細な観察と解析によってこれらの課題を解決する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、「各種半導体材料の固液界面ダイナミクスの基礎学術的理解の深化」を目的として実施している。2023年度は、単成分半導体であるSiの固液界面ダイナミクスに関して、｛110｝面と｛100｝面、また｛110｝面と｛111｝面の成長速度の違いについて実験的に明らかにした。また、｛111｝面の微斜面における成長メカメカニズムについても研究を開始した。さらに、固液界面における粒界の成長に関して、実験結果に基づいた新しいモデルの構築を開始した。
混晶半導体に関しては、Bi-Sb系合金に関して、固液界面不安定化に及ぼす組成の影響を実験的に明らかにした。
Ⅲ-Ⅴ族化合物半導体に関しては、InSbの成長速度の異方性を明らかにするために、その場観察実験を行い、｛111｝A面と｛111｝B面の成長速度の違いについて検討を行った。これまでに両面の成長速度の違いはそれほど大きくないことが分かっているが、2024年度も引き続き実験を継続し、成長速度の大小関係を明確にしたい。
また、Ⅱ-Ⅵ族化合物半導体であるCdTeの大型結晶作製に向けて、新しい結晶成長技術の開発を行っている。これまでに、20cm角の大型多結晶インゴットが得られている。今後、単結晶化へ向けて更なる技術開発を行う。
半導体の固液界面ダイナミクスの研究に関して、フランスの研究グループとの共同研究を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、単成分半導体、全率固溶型半導体、化合物半導体の固液界面ダイナミクスを明らかにすることを目的として実施している。現在までに、単成分半導体に関しては、Siの成長速度異方性を実験的に明らかにし、従来不明であった｛110｝面の成長に関して多くの知見が得られている。また、｛111｝面の微斜面の成長に関して、実験的証拠が得られており、今後、その成長メカニズムに関してモデルを提唱できる段階にある。さらに、結晶粒界の成長に関して、実験結果に基づいて新しいモデルを構築している。混晶半導体に関しては、Si-Ge系の固液界面ダイナミクスの研究に加え、Bi-Sb系でも実験を開始した。固液界面不安定化が生じる臨界成長速度の組成依存性を実験的に明らかにしている。化合物半導体に関しては、Ⅱ—Ⅵ族およびⅢ—Ⅴ族化合物半導体であるCdTeおよびInSbを対象に実験を行っており、前者では新しい大型結晶の成長技術開発が順調に進んでいる。後者では、｛111｝面の極性が成長速度に及ぼす影響に関して様々な実験を行っており、成長速度の違いに関して詳細な議論ができる結果が得られつつある。
以上のように、本研究では、各種半導体の融液成長メカニズムに関して多くの知見が得られており、さらに大型結晶の成長技術開発も進められている。よって、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
各種半導体の固液界面ダイナミクスの解明のために、引き続き、固液界面のその場観察実験を主体に研究を進めていく。当グループでは光学的な観察手法により固液界面の観察を行っているが、3次元的な観察のために、マルセイユ大学（フランス）の研究チームと共同で放射光施設を用いた実験も開始する。また、実験結果に基づいた成長モデルの構築において、理論研究者と協力して研究を進めていく。化合物半導体の研究に関しては、いくつかの企業が当グループの結果に注目しており、今後、共同研究に発展させる予定である。これまでに、特に大きな問題はなく順調に研究が行われているため、今後も当初の計画通りに研究を進めていきたい。
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