2018 Fiscal Year Annual Research Report
4次元in-situ界面観察と熱物性計測によるインクルージョンフリーSiCの実現
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17H04960
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
川西 咲子 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80726985)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | シリコンカーバイド / 溶液成長 / 物性値 / 熱流動予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
溶液成長法による高品質シリコンカーバイドの高速育成の実現に向け、クロム、鉄などをシリコンに添加した溶媒の利用が検討されてきた。成長結晶の品質は年々向上しているが、結晶中への溶媒の取り込みの根絶に向けた指針は確立されていない。そこで本研究では、溶媒の取り込みの無い高品質結晶の実現を目指し、溶液の高温熱物性値の観点で調査を進めている。本年度は、成長用の溶液に用いられる溶融シリコン―鉄および溶融シリコンークロム合金の各種物性値の評価およびそれを用いた成長時の熱流動予測を実施した。昨年度にレーザーフラッシュ法により実測した熱拡散率に加え、溶融合金の比熱、密度、表面張力、粘度の影響を評価した。その結果、いずれの物性値も通常の熱流動予測で用いられる溶融シリコンの物性値とは異なる値を示し、純物質の加成性等では合金の性質を表現できない場合があることもわかった。次いで、各種物性値が溶液成長時の熱流動に及ぼす影響を熱流体シミュレーションソフトを用いて実施した。高品質結晶の育成の上で重要とされる溶液成長界面前方での温度分布に着目すると、表面張力の影響はなく、比熱、密度、粘度については僅かに変化を及ぼすことがわかった。それに比べ、熱伝導率が温度分布に及ぼす影響は大きく、合金特有の小さな熱伝導率により成長界面前方の温度勾配は急峻になることがわかった。これは成長界面の安定性を左右する組成的過冷に直接作用する因子であり、溶質濃度分布と併せた議論が重要であることがわかった。
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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
各種物性値が及ぼすインパクトの評価を熱流動予測により実施し、考慮すべき物性値を明らかにすることができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
溶液成長実験により得られるインクルージョンの発生状況と熱流動予測結果との関係を明らかにする。これまでに得られた知見と併せ、インクルージョンを含まない結晶育成の実現に向けた指針を提示する。
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