| Project/Area Number |
24K21691
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
生駒 嘉史 九州大学, 工学研究院, 助教 (90315119)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐道 泰造 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (20274491)
河野 正道 九州大学, 工学研究院, 教授 (50311634)
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| Project Period (FY) |
2024-06-28 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
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| Keywords | 高圧相変態 / ゲルマニウム / スズ / 合金化 / GeSn / SiSn / SiGeSn |
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| Outline of Research at the Start |
近年のIoTやウェアラブル端末等の発展に伴い、高効率発受光素子や室温付近での熱電素子の需要が高まっている。本研究では、室温での金属材料の合金化が可能なHigh-Pressure Torsion (HPT)法を用い、①高Sn濃度GeSn、SiSn混晶半導体、②中エントロピーSiGeSn、③SiGeSn混晶準安定相の形成に挑戦する。本研究で新奇SiGeSn混晶半導体を創製し、環境親和型素子開発を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、高圧相変態を利用したGeSn合金化を調査した。試料にはGeおよびSn粉末を静水圧加工(CIP)したディスク試料を用い、high-pressure torsion (HPT)による加工を行った。HPT加工時の付与圧力は6 GPaおよび24 GPaとし、それぞれ室温にて最大10回転および100回転の加工を施した。加工後の試料はX線回折(XRD)およびラマン散乱分光を行い、回折ピークおよびラマンピークのシフト量よりSn濃度を算出した。
付与圧力6 GPaの場合、HPT加工後の試料のXRDプロファイルでは、ダイヤモンド構造のGe(dc-Ge)および正方晶のβ-Sn回折ピークが観察された。また100回転後の試料において、回折ピークのシフトが観察された。リートベルト解析により求めた格子定数にてSn濃度を算出すると、約4 at%となることがわかった。
付与圧力24 GPaの場合、1回転および10回転HPT加工を施した試料において、微弱なst12準安定相の回折ピークが観察された。またHPT加工後では、dc構造の回折ピークのシフトは観察されなかった。窒素雰囲気中で453 Kにてアニールすると、st12相は消失してdc相のみとなった。またXRDより求めた格子定数より、10回転後の試料では約4 at%Snであることがわかった。さらにアニール後の試料より取得したラマンスペクトルでは、試料外周部でGe-Geピークの低波数側へのシフトが観察され、より高Sn濃度となることが示唆された。
これらの結果は、高圧力とせん断ひずみ付与により、室温でのGeSn合金の形成が可能であること、さらにHPT加工とアニールとの組み合わた合金化も有効であることを示している。
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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
本年度はHPT装置の改良を完了し、GeSn合金化に関する研究を行った。GeおよびSn粉末のCIP加工試料を用いて、HPT加工による室温での合金化を確認することができた。当初の計画に従って進んでおり、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
GeSn系に関しては、GeおよびSn粉末組成を組み合わせてHPT加工に伴う合金化を進める。さらにアニールや温間HPTを組み合わせた際のSn濃度の変化を調査する予定である。
またGeSnのHPT加工で得られた知見を基に、SiおよびSn粉末のHPT加工によるSiSn合金化について検討する。
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