2015 Fiscal Year Research-status Report
第一原理分子動力学法による触媒援用表面加工法におけるエッチング過程の解明
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15K06505
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
稲垣 耕司 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (50273579)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | GaN / SiC / H2O / HF / 解離吸着 / エッチング / 触媒援用加工法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）新規メタダイナミックス法のプログラムを作成し、プログラム動作テストのために高速計算可能な古典分子動力学法のプログラムに組み込んだ。本手法は、分子動力学計算ごとに積算するペナルティポテンシャルの大きさと高さを同じ比率で当該反応座標方向の運動の大きさの程度に依存して制御する手法に基づいている。一次元の反応座標、全エネルギー一定の分子動力学計算の場合について基本的動作の確認を行うとともに、パラメータ調整を行うことにより、ポテンシャルの積算が適切に行われて最終的にフラットなポテンシャルを得ることができた。（２）加工における触媒の効果を解析した。（GaN、SiC）まず、原子レベルでの平坦表面が加工実験で得られていることからGaNについて表面キンク端でエッチングが起こっていると考えられることから、その構造モデルを作成した。Pt触媒が存在しなければ水分子のGaN表面への解離吸着には1eV程度の活性化障壁が存在するのに対しPt触媒の存在により水分子が自然に解離し吸着することが分かった。ただしエッチングに必要なGa-N結合の開裂には障壁が存在することも分かった。開裂反応は、Ptの安定点を超えた接近もしくはPtの分離の際の両方またはどちらかで起きうることが分かった。SiCについてはPtとSiCの相対位置関係の調査を行い、PtがSiC表面に接近することで障壁が下がるメカニズムが、反応点の五配位Siを終端するOHのOとPtに結合を生じて安定化し、反応全体（SiCバックボンドの開裂とそれによるダングリングボンドのHF解離吸着による終端化）の活性化障壁が下がることにあることが分かった。
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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
（１）新規メタダイナミックス法のプログラムが作成できた。今後次元の拡張や熱浴の導入が必要である。（２）GaNおよびSiCの双方について解析が進んだ。一つのエッチャント分子（H2OもしくはHF）が表面に解離吸着して材料のバックボンド一つが開裂する過程が明らかとなってきた。特にSiCについては一つめのエッチャント分子の解離吸着過程が明らかになったといえ、今後の周囲の水分子の効果を含めた解析の準備ができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）新規メタダイナミックス法について、反応座標を2次元とした探索の評価を行う。評価のためには多くの分子動力学サンプリングを必要とするため、古典分子動力学法による計算を主に用いて評価を進める。有限温度の分子動力学計算による解析を行うため、能勢の熱浴法をプログラムに組み込む。（２）触媒効果の解析を進める。GaNについては、1つ目のGa-Nバックボンドの開裂障壁と終端化の反応障壁高さの解析を行い反応経路を明らかにする。SiCについては、二つめ以降のエッチャント分子が解離吸着・バックボンド開裂を解析しSi原子が表面上から分離・除去される過程を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
学会発表出張旅費の確定が遅れたため、バックアップ用記憶媒体など少額消耗品の購入を延期した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
バックアップ用記憶媒体の購入等を計画。
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