2013 Fiscal Year Research-status Report
溶融合金‐アルミナ界面を利用したAlN結晶成長の試み
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25630338
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
田中 敏宏 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10179773)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 賢紀 大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20610728)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 機能性材料 / 界面自由エネルギー / 窒素 |
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| Research Abstract |
パワー半導体をはじめとする次世代の機能性材料としてAlNが注目されているが、その結晶成長について1500℃程度の温度で良好な結晶を成長させるための検討を行った。原理は溶鉄とアルミナの濡れ性が非常に悪く、その界面自由エネルギーが非常に高いため、溶鉄中に窒素を導入することにより、溶鉄‐アルミナ界面にその界面自由エネルギーを低下させるために優先的にAlNが生成・成長することを考慮したものである。AlNは溶鉄、ならびにアルミナとも付着性が良いため、両者の界面に優先的に生成すると考えている。この原理を利用して、溶鉄‐アルミナ界面にAlNを生成させる装置を2種類作製した。一つは溶鉄中にアルミナ基板を浸漬させ、その界面に窒素ガスを供給するもので、他方は、アルミナ基板上に溶鉄の液滴を設置し、静滴法の手法に準じてその接触角を測定し、かつ雰囲気ガスを制御するものである。特に前者の方法では、界面に多数のAlNの針状結晶が生成することを確認できた。また後者の実験においては、アルミナ基板上の溶鉄液滴の接触角が窒素雰囲気下では低下し、界面にAlNが生成したことを示唆する結果が得られた。ただし、AlNの結晶が小さく、またアルミナと区別するためには酸素と窒素を区別することがEDXなどの手法では難しいため、得られた結晶がAlNであることを確証するための結晶解析は次年度の課題である。
以上のように、溶鉄とアルミナの界面自由エネルギーを低下させるためにその界面にAlNが生成することを提案し、その考えに基づいてAlN結晶を生成させる装置の試作ならびに手法を確立できたことは当初の計画通りである。また、後者の実験において単結晶アルミナを利用し、面方位を制御した実験も当初計画通りに進めている。
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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
上述の通り、溶鉄とアルミナの界面自由エネルギーを低下させるためにその界面にAlNが生成することを提案し、その考えに基づいてAlN結晶を生成させる装置の試作ならびに手法を確立できたことは当初の計画通りである。また、後者の実験において単結晶アルミナを利用し、面方位を制御した実験も当初計画通りに進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画の通り、下記の4つの項目について実験を行う計画である。（１）炭素飽和溶融Fe-Al合金の窒化物生成条件の確認、（２）炭素飽和溶融Fe-Al合金と固体アルミナ単結晶を利用したAlN結晶成長の試み、（３）Alを溶解させた種々の溶融金属と固体アルミナ単結晶を利用したAlN結晶成長の試み、（４）AlNの結晶性状の調査。また、上述のようにAlNの結晶が小さく、またアルミナと区別するためには酸素と窒素を区別することがEDXなどの手法では難しいため、得られた結晶がAlNであることを確証するための結晶解析をラマン分光法などを用いて行う計画である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
溶鉄‐アルミナ界面にAlNを生成させる装置を作製したが、安定したAlN生成条件の確立のためには厳密な雰囲気制御などの装置改良が必要となるため。
今年度に作製した、溶鉄‐アルミナ界面にAlNを生成させる装置について、厳密な雰囲気制御を行うための装置改良ならびに消耗品、およびAlN結晶を生成させる基板材料である単結晶アルミナの導入に用いる計画である。
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Research Products
(2 results)
