統合化計算化学手法による高信頼性材料創製プロセスのコンビナトリアル的最適化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13025207
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 宮本 明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50093076)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高見 誠一 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (40311550) ; 久保 百司 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90241538)
• Keywords: 統合計算化学手法 / 高信頼性 / 材料創製プロセス / コンビナトリアル / 最適化 / ケミカルメカニカルポリッシング / プラズマプロセス / ケミカル汚染

Research Abstract

世界に先んじた次世代IT技術を創造するため、次世代高機能、超高速デバイスの創製を目標とした基盤技術の確立が求められている。一方、最近では計算化学が半導体のバンド構造やスピン状態の解明など先端デバイス材料へ応用され大きな成果をあげている。しかし、それらは既に構造や特性が実験的に明らかにされている材料の電子・原子レベルでの理解に限られ、新材料探索や材料創製プロセスの最適化といった実際のデバイス開発に役に立つ理論設計は程遠い。それに対し、研究代表者らは「コンビナトリアル計算化学」という新しい概念を提案し、実質的に役に立つ計算化学による材料設計を行ってきた。本プロジェクトでは、研究代表者らが今までに構築してきた数多くのプログラム群を応用し高信頼性材料のためのプロセス最適化をコンビナトリアル的に行う。半導体の表面平坦化技術として重要なケミカルメカニカルポリッシング(CMP)プロセスは化学反応と機械的研磨過程の両方をシミュレーションすることが必須であるため、そのためのシミュレータは開発されていなかった。本研究では、オリジナルに考案した高速化量子分子動力学法を基礎にCMPプロセスのためのシミュレーションシステムを世界に先駆けて開発することに成功した。さらに、Siプラズマプロセスのためのシミュレータを開発することにも成功し、Si表面上での化学反応ダイナミックスを解明した。また、Si表面のケミカル汚染物質についてコンビナトリアル的に検討を行い、その吸着特性などを明らかにした。それらの結果は、実験結果と非常によい一致をした。

Research Products

• [Publications] T.Yokosuka et al.: "Development of New Tight-Binding Molecular Dynamics Program to simulate chemical-Mechanical Polishing Process"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).
• [Publications] K.Suzuki et al.: "Combinatorial Computational Chemistry Approach to the Design of the Cathode Materials for Lithium Secondary Battery"Applied Surface Science. (印刷中).
• [Publications] H.Tamura et al.: "Effects of S and O on the Growth of CVD Diamond(100) Surface"The Journal of Chemical Physics. 115. 5284-5291 (2001)
• [Publications] M.Kubo et al.: "Atomistic Crystal Growth Simulation of Metal Oxide Materials"Transactions of the Materials Research Society of Japan. 26. 989-992 (2001)
• [Publications] H.Zhou et al.: "Quantum Chemical Calculations of Sulfur Doping Reactions in Diamondo CVD"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 2830-2832 (2001)
• [Publications] Y.Inaba et al.: "Computational Chemistry Study on Crystal Growth Process of InGaN/GaN"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 2991-2995 (2001)