2022 Fiscal Year Annual Research Report
その場観察法による各種半導体材料の固液界面不安定化現象の解明と高温物性値の決定
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21H04658
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
藤原 航三 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70332517)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
前田 健作 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40634564)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2025-03-31
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| Keywords | 固液界面 / 半導体 / その場観察 / 結晶粒界 / ファセット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
純Sbおよび混晶半導体BixSb1-xの固液界面不安定化現象の直接観察実験を行った。三方晶系の結晶構造を有する純Sbにおいては、固液界面不安定化が生じる臨界成長速度の異方性が大きいことが明らかとなった。c軸と垂直な方向の固液界面においては、不安定化が生じる臨界成長速度がc軸と平行な方向の固液界面に比べて約1.7倍大きくなることが分かった。この原因として、熱伝導率の異方性の影響が大きいことが示唆された。
また、Sbリッチ側のBixSb1-xの固液界面不安定化過程を直接観察することに成功した。不安定化後にBiリッチな融液がセル状固液界面の谷部分に局所偏析することにより再融解することが明らかとなった。
さらに、化合物半導体InSbの固液界面観察実験にも着手した。面方位を制御した種結晶からの一方向凝固実験を行うために、炉内温度勾配等の実験条件について検討を行った。所望の面方位を有する固液界面を観察するための条件出しが終了した。今後、所望の面方位を有する固液界面における不安定化現象の観察実験を行う。
純Siにおける成長速度の異方性を明らかにする実験も行い、｛110｝固液界面の成長速度が｛111｝固液界面の成長速度より大きいことを実験的に初めて示した。
さらに、新規に導入した結晶成長装置を用いて、化合物半導体CdTeのバルク結晶成長実験を行い、2インチφのCdTeバルク多結晶が得られた。現在、一方向凝固に伴う多結晶組織の変化について解析中である。
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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
本研究では、単成分半導体（Si）、混晶半導体（Si1-ｘGex, BixSb1-x)、化合物半導体（GaSb, InSb, CdTe）の固液界面不安定化現象について詳細に調べることを目的としている。現在までに、それぞれの物質における固液界面の直接観察を行うことに成功しており、混晶半導体と化合物半導体でも不安定化現象を直接観察できるようになっている。残りの研究期間で、得られた実験結果に基づき固液界面物性を決定していく予定であり、現在のところ順調に研究が進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では、結晶成長の基礎学問の発展だけでなく高品質バルク結晶を得るための指針を得るために、各種半導体の固液界面不安定化現象の解明を行っている。今後も、その場観察実験を主体に研究を進め、基礎的な知見を蓄積していくことに軸足を置く。これまでの進捗状況も良好であり、次年度以降も問題なく研究を進捗させることができると考えている。
また、CdTeバルク結晶の成長実験にも着手できたことは意義が大きいと考えている。CdTe結晶は放射線検出器に実装する試みが開始されており、欧米ではCdTe結晶を搭載した高度医療機器も実用化されている。この分野で日本が遅れをとっている原因は、CdTe結晶を量産できる日本企業が無いためである。本研究により、高品質CdTeバルク結晶の成長条件を基礎的に明らかにできれば、将来、日本の企業とともに高品質CdTeバルク結晶の実用化へと発展させていきたい。
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