Electromigration for high-temperature interface control

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18807
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Kyoto University (2023); Tohoku University (2021-2022)
• Principal Investigator: Kawanishi Sakiko 京都大学, エネルギー科学研究科, 准教授 (80726985)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: シリコンカーバイド / その場観察 / 溶液成長 / ステップバンチング / エレクトロマイグレーション

Outline of Final Research Achievements

Solution growth of SiC is a promising method for growing high-quality SiC bulk single crystals. However, step bunching easily occurs during the growth process, leading to the roughening of the growth interface. In this study, we aimed to clarify the behavior of steps at the interface between SiC and solution by in-situ observation of the SiC/solution interface. In addition, we tried to clarify whether the formation of step bunching can be suppressed by applying electric current. Therefore, in-situ observation of the SiC dissolution into molten alloy was performed, and the interface morphology during approaching the equilibrium state was observed at 1500 K. The factors affecting the dissolution behavior of SiC were clarified, and the SiC dissolution mechanism was explained by the BCF theory. On the other hand, the effect of applying electric current by high temperature in-situ observation was not clarified due to technical issues.

Free Research Field

高温物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

SiCの溶液成長では、成長開始の前に種結晶SiC表面の歪層を除去するために、メルトバックと呼ばれるSiC表面の溶解が行われる。これまでメルトバック中に生じる現象は殆ど議論されていないが、本研究でその場観察により確認された局所溶解は、メルトバックの最中にも生じる可能性がある。局所溶解による激しい凹凸が成長前に存在した場合、その後の成長時にバンチングの生成起点となる恐れがある。よって、メルトバックの際には未飽和度を制御し、平滑な界面を維持してSiCを溶解させる必要がある。本研究で目指したエレクトロマイグレーションの効果の解明には至らなかったが、SiC溶液成長プロセスでの重要な知見が得られた。