Development of novel bulk AlN crystal growth method using Ni-Al solution
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20H02633
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 30010:Crystal engineering-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
安達 正芳 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (90598913)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | 結晶成長 / バルク結晶 / 液相成長 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では，次世代パワーデバイス等の材料として期待される窒化アルミニウム(AlN)のバルク単結晶の液相成長法の研究・開発を行う．本研究課題では，液相成長のフラックスとしてNi-Al合金を用いる．Niをフラックスとして用いることで，液相中におけるAlの活量が低下するため，高温でも安定的にAlを保持することができる．また，1800から2200 K程度の温度で平衡に近い状態でAlN生成反応の駆動力を制御できる．本研究課題では，AlN成長炉を作製してAlNの成長実験を行うとともに，熱流動解析に必要なフラックスの融液熱物性値を測定し，実験とシミュレーションの2つのアプローチから本手法の開発を進める．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，次世代パワーデバイスの材料として期待される窒化アルミニウム（AlN）のバルク単結晶の液相成長法の研究・開発を行う．本研究課題ではフラックスとしてNi-Al合金を用いる．Ni-Alは高い融点を有するNiAl化合物を形成することからもわかるように，親和性の高い合金系である．そのため，Niをフラックスとして用いることで，液相中におけるAlの活量が低下し，1800 Kを超えるような高温でも安定的にAlを保持することができる．また，1800から2200 K程度の温度で平衡に近い状態で，AlN生成反応の駆動力を制御できる．
2020年度はこのNi-Alフラックスを用いたAlN成長を実現するための結晶育成炉を設計・作製した．現在，作製した結晶育成炉の調整および予備実験を行っており，来年度以降，この結晶育成炉を用いて研究を進める．また，本研究課題では，結晶育成実験と併行し，フラックスとして用いるNi-Al融液の熱物性測定実験も行っている．2020年度はNi-Al融液の垂直分光放射率の測定を行い，その成果を報告した．今後もNi-Al合金融液の熱物性測定を継続するとともに，その融液熱物性値を用い，融体内の熱流動をシミュレーションによって可視化する．また，本手法の基礎的な研究として，フラックス表面での結晶成長挙動のその場観察実験を行い，成長の駆動力と成長速度および成長した結晶の形態の調査を行っている．
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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
コロナウィルス蔓延のため，結晶育成装置の設計・作製の作業が数か月遅れたが，それでも2020年度中に装置を導入することができた．来年度以降，本装置を用いて，実際の結晶成長実験を本格的に開始する．
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度に導入した結晶育成装置を用いて，結晶成長実験を開始する．また，Ni-Al融体の熱物性測定およびその値を用いた坩堝内の熱流動解析についても，2020年度の成果を元に継続する．
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
