2009 Fiscal Year Annual Research Report
GaAs単結晶成長固液界面制御のための熱・物質移動現象の解明
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21560198
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| Research Institution | Tomakomai National College of Technology |
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Principal Investigator |
菊田 和重 Tomakomai National College of Technology, 機械工学科, 教授 (90214741)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
近久 武美 北海道大学, 工学研究科, 教授 (00155300)
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| Keywords | 化合物半導体 / 伝熱 / 結晶成長 / 数値計算 / 可視化 / 旋回流 |
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| Research Abstract |
GaAs単結晶成長における熱・物質移動現象の解明を目的として,本年は融液の複雑な流動現象を明らかにするために,可視化実験装置を用いて成長装置を模擬したるつぼ内の融液の流動観察を行なうとともに,流動観察の結果と数値計算の比較を行い,計算の妥当性の検証を行った.一方,成長装置内における熱流動の数値計算を行い,GaAs結晶成長結果と比較・検証することで実現象の解明を試みた.
可視化実験は,るつぼを模擬したビーカー内にGaAsを模擬した水と封止材である酸化ホウ素を模擬した機械油を用いて行なった.トレーサー粒子にはGlass Hollow Spheresを用いた.実験装置は成長装置と同様に加熱ができ,模擬結晶とビーカーも回転する構造となっている.本可視化実験により,封止材を模擬した油層では回転流れの支配が強くなる特徴やリング挿入深さの影響を明らかにすることができた.また,リング挿入深さは熱・流動特性に影響を与える大きな因子であることが明らかになったほか,数値計算によってもその特性を確認することができ,計算の妥当性についても検証することができた.一方,成長装置内の熱流動解析では,大型結晶成長装置は超大型結晶成長と比較して上部のガスの流速がかなり大きく,5インチの結晶成長では遮蔽板と結晶の間に特異な流動が出現することを明らかにしたほか,大型結晶成長装置を用いた6インチの結晶成長では,結晶周りのガスの温度が結晶よりも高くなる部分があることも明らかとなった.
以上,本年度の研究により融液の基本的な熱・流動特性や影響因子を明らかにできたほか,装置内の熱・流動特性も明らかにすることができた.
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