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2016 Fiscal Year Research-status Report

Si・C溶質が連続供給される溶剤金属からの改良TSSG法によるSiC溶液成長

Research Project

Project/Area Number 16K04947
Research InstitutionShinshu University

Principal Investigator

太子 敏則  信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (90397307)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords炭化ケイ素 / 溶液成長 / 溶剤金属 / セラミック原料 / 新規成長方法
Outline of Annual Research Achievements

次世代パワーデバイス材料として期待される炭化ケイ素(SiC)について、従来の溶液法とは異なり、Siを含まない金属溶液にSiCセラミックを溶解させ、SiおよびCが連続的に溶け出した溶融金属からの結晶育成を行う。充填したセラミック分のSiC単結晶を溶剤金属を通じて再結晶により得ることで、従来のSiC溶液成長の壁を打破し、結晶の大型化、長尺化に挑む。3年の研究期間で溶融金属とSiおよびCの溶解度と溶解速度、4H-SiC結晶成長の安定性、再現性の観点から、この結晶育成に適した金属溶剤および成長条件の最適化を、信州大学既存の設備で検討する。
平成28年度は、溶剤金属(Cr、Ni、Feなど)へのSiCの溶解度、溶解速度の検討およびSiC結晶育成の環境整備を行い、SiCセラミックとカーボンるつぼの溶解選択性の評価と溶剤金属(Cr、Ni、Fe)からのSiC結晶育成を検討した。
まず、溶剤金属をFeとした場合、SiCセラミックが溶解されず、カーボンるつぼの溶解が支配的であることがわかった。同時に、SiCセラミックおよび種結晶上で固化したFeからはSiCが検出されず、本研究の溶剤としては不適当であると結論した。
次に溶剤金属をNiとした場合、SiCセラミックの溶解は確認できたが、種結晶上で固化したNiからはSiC結晶が検出されず、グラファイトおよびNi-Si化合物が検出された。よって、Niも溶剤としては不適当であると判断した。
溶剤金属としてCrを用いた場合、セラミック上に固化したCrからSiC結晶が確認できた。また、SiC種結晶直下にSiC結晶が成長することも確認された。液温を上げることでSiCの結晶成長速度が下がる傾向が見られた。それでも現時点では、Crを溶剤金属として用いることにより、目的の結晶育成が実現できる可能性が高いと判断された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

低融点金属であるFeとNiが、本研究の溶剤候補とならないことを早い段階で見切ることができ、その代わりとして平成29年度に検討を予定していたCrを溶剤金属として実験を前倒しして行うことができた。その結果、Crで現段階で最も優れた結晶成長を実現できており、研究発表も多く行っていることにより、上記区分とした。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度は、H28年度で実績のあったCrを溶剤金属として、これを中心としたSiC溶液成長を実施する。まずは、炉内を観察できない状況での結晶育成環境の整備、最適化を行い、Cr溶媒の量(液面高さ)や温度を変化させてSiC結晶育成を行う。
一方で、Cr溶媒以外の溶剤金属(Ti、Crと別の金属の混合溶媒等)の検討も行い、引き続き、カーボンよりもSiCセラミックスを優先的に溶解する溶媒、かつ4H-SiCの形成エネルギーが低く、安定に4H-SiC結晶が得られるような条件を模索する。
結晶のサイズは、1年目で実現ができなかった、直径20mm、長さ10mmのSiC結晶を成長することを目標とする。

  • Research Products

    (6 results)

All 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] The Solution Growth of SiC from Solvents With or Without Si2017

    • Author(s)
      K. Suzuki, T. Taishi
    • Journal Title

      Proc. of The 7th International Symposium on Advanced Science and Technology of Silicon Materials

      Volume: 1 Pages: 297-300

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Cr単一溶媒によるSiC溶液成長における育成温度と結晶品質の関係2017

    • Author(s)
      鈴木皓己、太子敏則
    • Organizer
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      横浜・パシフィコ横浜
    • Year and Date
      2017-03-15
  • [Presentation] The Solution Growth of SiC from Solvents With or Without Si2016

    • Author(s)
      Kouki Suzuki, Toshinori Taishi
    • Organizer
      7th International Symposium on Advanced Science and Technology of Silicon Materials
    • Place of Presentation
      Hawaii, USA
    • Year and Date
      2016-11-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cr溶媒を用いたSiC溶液成長における成長表面とポリタイプ2016

    • Author(s)
      鈴木皓己、太子敏則
    • Organizer
      第3回先進パワー半導体分科会
    • Place of Presentation
      つくば・つくば国際会議場
    • Year and Date
      2016-11-08
  • [Presentation] SiC溶液成長法における坩堝からの炭素溶解速度の検討2016

    • Author(s)
      高橋大、鈴木皓己、玄光龍、小林聡、太子敏則
    • Organizer
      第3回先進パワー半導体分科会
    • Place of Presentation
      つくば・つくば国際会議場
    • Year and Date
      2016-11-08
  • [Presentation] Solution growth of SiC from metal solvent2016

    • Author(s)
      Kouki Suzuki, Toshinori Taishi
    • Organizer
      18th International conference on Crystal Growth and Epitaxy
    • Place of Presentation
      名古屋・名古屋国際会議場
    • Year and Date
      2016-08-09
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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