新規化学反応解析手法に基づいたダイヤモンド半導体の材料設計

• Project/Area Number: 01J02031
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Physical chemistry
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 田村 宏之 金沢大学, 理学部, 学振特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2001 – 2003
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2003)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2003: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2002: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2001: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: ダイヤモンド / シリコンカーバイド / CVD / 第一原理計算 / QMMM法 / 量子化学計算 / 半導体 / 結晶成長

Research Abstract

ダイヤモンドは高硬度やワイドバンドギャップ等の優れた特性を持つため、シリコンに代わる電子デバイス材料として期待されている。現在Chemical Vapor Deposition (CVD)によってダイヤモンド薄膜が作成されているが、高品位のダイヤモンド薄膜を作成するためには結晶成長機構の理解が必要不可欠である。本研究では、高精度の第一原理計算であるCASSCF法と摂動論(MRMP2)を用いて、CVDダイヤモンドの成長機構を解析した。化学反応が起こる部分を第一原理量子化学計算、周囲の結晶格子を分子力学法で扱うQMMM法を用いて安定構造と遷移状態の構造を求めた。CVD成長の原料ガスの水素およびメチルラジカルとダイヤモンド(100)面との反応を解析し、各素反応の活性化エネルギーを明らにした。また、第一原理計算から求めた反応の活性化エネルギーを用いて、モンテカルロシミュレーションを行い、CVDによる結晶成長機構の解析を行った。
シリコンカーバイド(SiC)はダイヤモンドと同様にシリコンを超える性能を持つ半導体材料として利用されており、その表面化学に関心が集まっている。そこでCASSCF法を用いてSiC表面の構造および化学反応を解析した。これによってSiC(100)のSi終端面のダイマー構造がダイラジカルになることを明らかにした。また、シリコンとダイヤモンドの100面との比較から、表面ダイマーのπ結合が反応性に与える影響を明かにした。

Research Products

• [Publications] Hiroyuki Tamura, Mark Gordon: "Multiconfigurational self-consistent field study of the silicon carbide (001) surface"J.Chem.Phys.. 119・19. 10318-10324 (2003)
• [Publications] Hiroyuki Tamura, Mark Gordon: "Growth reactions of CVD diamond (100)"American Conference of Theoretical Chemistry, abstracts. PS134 (2002)