Creation of functional metastable silicon-based multiple element materials by controlling light elements

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H00303
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Usami Noritaka 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20262107)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大山 研司 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (60241569)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 多元混晶 / 非平衡成長 / 軽元素 / 白色中性子ホログラフィー

Outline of Final Research Achievements

We have demonstrated that a unique nonequilibrium growth method, in which a paste containing tin is screen-printed on a silicon or germanium substrate and then subjected to pulsed laser annealing, can be used to fabricate alloy thin films containing tin that exceed the solubility. In addition, the evaluation by X-ray diffraction and X-ray fluorescence holography showed that tin substitutes the lattice positions. White neutron holography was made highly sensitive, paving the way for the observation of hydrogen atoms passivating defects in semiconductors.

Free Research Field

結晶工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、半導体原料を含むペーストのスクリーン印刷とパルスレーザーアニール処理という非真空下で大面積基板に適応可能な簡便なプロセスにより非平衡成長を実現し、固溶限界を超えるスズを含むシリコン系多元混晶薄膜を創成できることを実証した。これは材料の探索範囲を準安定相に拡張し、安定相では得ることのできない機能をもつ材料の創成や、その機能を生かしたデバイスの実現に繋がる成果といえる。また、白色中性子ホログラフィーを高感度化することにより水素が観測できることを強く示唆する結果が得られたことは、水素による材料機能発現機構の解明などの研究を深化させ、材料科学を進展させるため学術的意義が極めて大きい。