ダブル・クヌーセンセル-質量分析計の試作と化合物半導体材料製造の基礎研究

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555196
• Research Institution: TOHOKU UNIVERSITY
• Principal Investigator: 阿座上 竹四 東北大学, 工学部, 教授 (50006029)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 日野 光久 東北大学, 素材工学研究所, 助教授 (40005335) ; 伊藤 聰 東北大学, 工学部, 助手 (70133048) ; 中澤 重厚 東北大学, 工学部, 助教授 (70006055)
• Keywords: 質量分析計 / ダブル・クヌーセンセル / Belton-Fruehan式 / Ag-Ga系 / Ga-As系 / Cu-As系 / Cu-S-As系 / monomer-dimer法

Research Abstract

砒素は非鉄金属の鉱石中の不純物であると同時に,化合物半導体の主要成分として重要であることから,製錬プロセス,および化合物半導体の製造における砒素の挙動を知ることが重要である.砒素はガス相で多種の会合分子種を生成する複雑な系であり,ガス相を直接解析できるクヌーセンセル-質量分析計法は砒素系合金の熱力学的性質を調べる上で最適の方法である.本研究では,昨年度に試作したダブル・クヌーセンセル-高温質量分析計を用いて,化合物半導体製造,および製錬工程の砒素の挙動に関する基礎データを提供するために次のような実験を行った.
1)単一のクヌーセンセルを用いて,Belton-Fruehan式を応用することによりAg-Ga2元系の活量を全組成範囲で測定し,良好な結果を得た.
2)一部の組成範囲でのみ測定可能な2元系の例として,溶融Ga-As系のGaの活量を1)と同様の方法で測定する一方,計算できない砒素の活量はmonomer-dimer法で導出した.
3)ダブル・クヌーセンセル法により溶融Cu-As系の砒素希薄組成範囲の砒素の活量を測定し,これまで報告されている銅の活量との間でCibbs-Duhem式の関係を満足する結果を得た.
4)Cu-S-As3元系試料を用いてAs_<2′>S_<2′>AsSのイオン強度比を測定し,AsS(g)の生成自由エネルギーを計算し,これまでの報告値と一致する結果を得た.
以上の実験により,試作した高温質量分析計はダブル・クヌーセンセルだけでなく、シングルクヌーセンセルによる研究も可能であり,素材製造プロセスで生成する系に関する熱力学的研究のために多種類の方法を選択することが可能であることを明らかにした.