2022 Fiscal Year Annual Research Report
Relationship between 2D-nucleation and long crystal growth in solution growth of SiC without molten silicon.
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20H02637
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| Research Institution | Shinshu University |
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Principal Investigator |
太子 敏則 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (90397307)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 孝臣 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (20196835)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 炭化ケイ素 / 溶液成長 / 金属溶媒 / 長尺成長 / 接触角 / 平坦成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、炭化ケイ素（SiC）の溶液からの結晶成長において、Siを含まないCrなどの金属溶媒にSiCセラミックスを溶解させ、再結晶により結晶成長を行うものである。3年間の研究期間中に、SiCと溶媒間の接触角、表面張力を実測し、界面エネルギーを算出することで、二次元核を形成しにくい溶媒および結晶成長条件を検討する。そのうえで、長さ10mmの4H-SiC結晶成長を目標とし、長時間安定で平滑表面となるSiC溶液成長の実現の可否について模索する。
3年目の令和4年度は、令和2年度に構築した赤外線ゴールドイメージ炉内のその場観察装置を使って、金属のSn、Feについて1800℃におけるSiC基板との間の接触角の測定を行った。その結果、Snの接触角が約130°となり、本研究で実施した中で最も大きな値となった。また、令和3年度に実施した、接触角が大きくなるAlやCo、さらにSnを主成分のCr溶媒に4%のまでの範囲で混合した溶媒では、Cr単独の場合と比べて接触角の増加が確認できた。これらの溶媒により、成長するSiC結晶表面での二次元核形成エネルギーが大きくなり、より平坦な結晶が得られることが予想された。
この結果を受けて、Cr溶媒に4%までのCoおよびSnを添加してSiCセラミックスを溶解させて結晶成長を行った。その結果、マクロステップが小さい、表面の荒れの少ないSiC単結晶の成長を実現した。しかし、接触角が他の金属に比べて大きくなるSnの効果は期待したほどではなく、接触角以外にも溶媒の粘度も成長表面の荒れに関係していることを確認できた。
結晶の長さに関しては、Alを4%添加したCr溶媒を用いて、結晶回転速度を大きくした場合において1mmを超える厚さのSiC結晶が得られた。目標の10mmには届いていないが、本結晶成長方法における成長表面の平坦化および長尺成長の条件を見出すことができた。
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| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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