Formation of jointed silicon wires/nanowires using dissolution and re-crystalization of silicon in molten zinc droplets.

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02500
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27010:Transport phenomena and unit operations-related
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: Inasawa Susumu 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30466776)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: Vapor-Liquid-Solid機構 / シリコンウィスカー / シリコンナノワイヤー / 接合

Outline of Final Research Achievements

We have confirmed that solid silicon wires dissolved into molten zinc droplets. We note that dissolution was not easy and it did not occur when the interface between zinc liquid and solid silicon was not in a suitable condition. We also examined formation of "whisker-on-whisker" in a gas phase reaction. We revealed that wettability of zinc liquid droplets on side surfaces of silicon whiskers was not preferable for the formation of new whiskers from the side surfaces. Wettability (affinity) between zinc liquid droplets and solid silicon is a crucial factor.

Free Research Field

化学工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ウィスカーやナノワイヤー成長のメカニズムであるVLS機構では、金属融液にケイ素を含む気体分子が溶け込む。これに対して固体シリコンを原料として金属融液への溶け込みが起こることを本研究では明らかにした。ケイ素の亜鉛融液への溶解は速やかではなく、接触していても濡れ性次第では溶解しないことも明らかとなった。また、シリコン固体表面からのウィスカー生成でも亜鉛液滴の濡れ性が鍵を握ることが分かった。いずれもただ接触させればよい、ということではなく液体と固体が接触する境界(界面)の制御が極めて重要であることを示している。界面現象にとっても新たな知見が得られた意義は大きい。