2023 Fiscal Year Annual Research Report
近接蒸着法による巨大ドメインBaSi2薄膜の結晶成長メカニズム
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21K04136
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
原 康祐 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (40714134)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | シリサイド半導体 / 近接蒸着 / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
BaSi2は太陽電池の光吸収層に適した物性を持ち、資源豊富な元素から成る半導体である。近接蒸着法により、Si基板上に巨大な結晶ドメインから成るエピタキシャル薄膜を得ることができる。本研究は、近接蒸着におけるBaSi2結晶成長メカニズムを解明し、その知見を元にBaSi2薄膜の結晶ドメインをさらに拡大し、結晶欠陥の影響を受けない物性値を取得することを目的としている。令和5年度は、傾斜Si(100)基板上への近接蒸着法によるBaSi2成膜に取り組み、初めて単結晶BaSi2薄膜を作製することに成功した。これは、基板面方位の傾斜によりエピタキシャルバリアントの熱力的安定性が変化したことと、近接蒸着法でのみ実現されている高い結晶成長温度(800℃)のためと考えられる。ただし、膜が厚い場合や成膜温度が高い場合は、膜にクラックが生じる。そのため、単結晶薄膜を実現できた要因の1つには、令和3年度に実現したメカノケミカル効果を利用した成膜温度コントロール法により、成膜温度を最低で700℃まで低減できたことがある。令和5年度には、単結晶BaSi2薄膜の物性評価も実施し、初めて結晶ドメイン境界の影響を含まない電荷キャリア移動度とキャリア寿命を測定した。これらの物性値は、令和4年度に明らかにした結晶ドメイン境界密度との関係の延長線上にあった。以上、本研究課題を通して、近接蒸着法によるBaSi2成膜において、原料のメカニカルミリングにより成膜温度の制御範囲を拡大できることや、結晶ドメインサイズに影響を与える要因(温度、膜厚、基板面方位)と電気特性への影響を明らかにし、それらの知見を活用して、単結晶BaSi2薄膜の実現と電気特性評価に成功した。
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