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微小重力場における化合物半導体単結晶育成時のマランゴニ対流現象機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 08650897
研究種目

基盤研究(C)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 化学工学一般
研究機関早稲田大学

研究代表者

平田 彰  早稲田大学, 理工学部, 教授 (00063610)

研究分担者 新船 幸二  日本学術振興会, 特別研究員
桜井 誠人  日本学術振興会, 特別研究員
常田 聡  早稲田大学, 理工学部, 専任講師 (30281645)
研究期間 (年度) 1996 – 1997
研究課題ステータス 完了 (1997年度)
配分額 *注記
2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
1997年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
1996年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
キーワードマランゴニ対流 / 界面張力差駆動対流 / 微小重力環境 / 結晶成長 / 水平ブリッチマン法 / 化合物半導体 / 偏析係数 / 数値解析 / 水平ブリッヂマン法
研究概要

本研究では、単結晶育成時における温度差と濃度差に起因するマランゴニ対流の相互干渉機構を厳密に解明し,それに基づいたマランゴニ対流の抑制・促進等の制御手法を確立し,単結晶の高品質化手法を確立することを目的として研究を行っている。
本年度は、前年度に引き続き,半導体単結晶育成の一つである水平ブリッジマン法によりInSb結晶成長実験を行い,初期融液濃度を変化させることにより温度差および濃度差マランゴニ対流が同方向に作用する系(促進系)と,互いに逆方向に作用する系(抑制系)の融液自由界面上の界面流速を測定した。その結果,抑制系においては,自由界面流れの方向が、融液から結晶方向(温度差マランゴニ対流による)及び結晶から融液方向(濃度差マランゴニ対流による)が同時に存在し,流動の淀み点(2方向の流れが衝突する点)が存在する場合があることが明らかになった。これは,同時に行った数値シュミュレーションからも同様の結果が得られた。さらに抑制系に関しては,航空機を利用した微小重力場においても実験を実施した。その際,放物飛行中の到達重力レベルを変化させ,自然対流が融液自由界面流れに及ぼす影響を観察した。その結果,本実験系においては,自然対流は表面流速にはほとんど影響を及ぼさないことが明らかになった。
以上の結果から,結晶成長時の融液側移動現象が,自然対流よりも,結晶成長時の偏析現象に伴う濃度差マランゴニ対流に強く影響を受けることが明らかになった。

報告書

(3件)
  • 1997 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1996 実績報告書
  • 研究成果

    (52件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (52件)

  • [文献書誌] A.Hirata, K.Arafune etal.: "Numerical Simulation of Mixing of Semiconductor Melts" Bulletin of the Centre for Infomatics,Waseda Univ. 21. 35-40 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 平田 彰, 新船 幸二, 他: "マランゴニ対流現象の相互干渉作用" パラボリックフライト. 8(1). 27-33 (1997)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 平田 彰, 新船 幸二, 他: "中国の回収衛星利用によるInGaSb混晶半導体の結晶成長(II)" 宇宙利用シンポジウム(第14回). 14. 122-125 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Transition Process from Laminar to Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal and Micro Gravity" J.Jpn Soc. Microgravity Appl.14(2). 137-143 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Effect of Gravity on Marangoni Convection in a Liquid Bridge" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14(2). 130-136 (1997)

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  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Experimental Results of Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal Gravity" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14(2). 122-129 (1997)

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  • [文献書誌] 桜井 誠人, 平田 彰: "微小重力場における液柱内マランゴニ対流の薄膜温度センサーを用いた局所的・瞬間的熱流束測定" 宇宙利用シンポジウム(第14回). 14. 174-177 (1997)

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  • [文献書誌] A.Hirata al.: "Effect of Silicone Oil Liquid Bridge Volume on Oscillatory Thermocapillary Convection Feature under Normal Gravity and Microgravity Conditions" Proc.3nd Microgravity Sci&Tech.Sympo. 26-30 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Sakurai snd A.Hirata: "Measuring the Difference of Heat Flux between lg and m g by Thin Film Resistance Thermometer for Marangoni Convection in a Liquid Bridge-Drop shaft Experiments-" Proc.48th International Astronautical Congress. 1-7 (1997)

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  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Dissolution and Growth of Multicomponent Semiconductors using a Chinese RecoverableSatellite" Proc.21st Intrenational Symposium on Space Technology and Science(in Press).

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  • [文献書誌] K.Okitsu et al.: "Melt Mixing of the 0.3In/0.7GaSb/0.3Sb Solid Combination by Diffusion under Microgravity" Jpn.J.Appl.Phys.36. 3613-3619 (1997)

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  • [文献書誌] Y.Okano et al.: "Numerical and Experimental Study on Marangoni Convection in a Floating Zone under Microgravity Field" Advances in Computational Engineering Science. 232-237 (1997)

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  • [文献書誌] A.Hirata, K.Arafune et al.: "Numerical Simulation of Mixing of Semiconductor Melts" Bulletin of the Center for Infomatics, Waseda Univ.21. 35-40 (1997)

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  • [文献書誌] A.Hirata, K.Arafune et al.: "Observation of Interactive Marangoni Convection" Parabolic Flight. 8 (1). 27-33 (1997)

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  • [文献書誌] A.Hirata, K.Arafune et al.: "Crystal Growth of InGaSb Mixed Semiconductors using a Chinese Recoverable Satellite (II)" Space Utilization Research. 14. 122-125 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Transition Process from Laminar to Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal and Micro Gravity" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14 (2). 137-143 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Effect of Gravity on Marangoni Convection in a Liquid Bridge" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14 (2). 130-136 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Experimental Results of Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal Gravity" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14 (2). 122-129 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Sakurai, A.Hirata: "Measuring Instantaneous and Local Heat Transfer Rate by Thin Film Resistance Thermometer for Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Microgravity Conditions" Space Utilization Research. 14. 174-177 (1997)

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Effect of Silicone Oil Liquid Bridge Volume on Oscillatory Thermocapillary Convection Feature under Normal Gravity and Microgravity Conditions" Proc.3nd Microgravity Sci.&Tech.Sympo.26-30 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Sakurai and A.Hirata: "Measuring the Difference of Heat Flux between 1g and mug by Thin Film Resistance Thermometer for Marangoni Con.vection in a Liquid Bridge -Drop shaft Experiments-" Proc.48th International Astronautical Congress. 1-7 (1997)

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    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Dissolution and Growth of Multicomponent Semiconductors using a Chinese RecoverableSatellite" Proc.21st Intrenational Symposium on Space Technology and Science. (in press).

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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Okitsu et al.: "Melt Mixing of the 0.3In/0.7GaSb/0.3Sb Solid Combination by Diffusion under Microgravity" Jpn.J.Appl.Phys.36. 3613-3619 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Y.Okano et al.: "Numerical and Experimental Study on Marangoni Convection in a Floating Zone under Microgravity Field" Advances in Computational Engineering. 232-237 (1997)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      1997 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] A.Hirata, K.Arafune et al.: "Numerical Simulation of Mixing of Semiconductor Melts" Bulletin of the Centre for Infomatics, Waseda Univ.21. 35-40 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 平田彰, 新船幸二, 他: "マランゴニ対流現象の相互干渉作用" パラボリックフライト. 8(1). 27-33 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 平田彰, 新船幸二, 他: "中国の回収衛星利用によるInGaSb混晶半導体の結晶成長(II)" 宇宙利用シンポジウム(第14回). 122-125 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Transition Process from Laminar to Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal and Micro Gravity" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 137-143 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Effect of Gravity on Marangoni Convection in a Liquid Bridge" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 130-136 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Experimental Results of Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal Gravity" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 122-129 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] 桜井誠人, 平田彰: "微小重力場における液柱内マランゴニ対流の薄膜温度センサを用いた局所的・瞬間的熱流束測定" 宇宙利用シンポジウム(第14回). 174-177 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Effect of Silicone Oil Liquid Bridge Volume on Oscillatory Thermocapillary Convection Feature under Normal Gravity and Microgravity Conditions" Proc. 3nd Microgravity Sci. & Tech. Sympo.26-30 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] M.Sakurai and A.Hirata: "Measuring the Difference of Heat Flux between lg and μg by Thin Film Resistance Thermometer for Marangoni Convection in a Liquid Bridge-Drop shaft Experiments-" Proc. 48th International Astronautical Congress. 1-7 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata et al.: "Dissolution and Growth of Multicomponent Semiconductors using a Chinese RecoverableSatellite" Proc. 21st International Symposium on Space Technology and Science. (in press).

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] K.Okitsu et al.: "Melt Mixing of the 0.3In/0.7GaSb/0.3Sb Solid Combination by Diffusion under Microgravity" Jpn. J. Appl. Phys.36. 3613-3619 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Okano et al.: "Numerical and Experimental Study on Marangoni Convection in a Floating Zone under Microgravity Field" Advances in Computational Engineering Science. 232-237 (1997)

    • 関連する報告書
      1997 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata,S.Nishizawa,M.Sakurai: "Experimental Results of Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal Gravity" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14・2(掲載決定). (1997)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata,M.Sakurai,N.Ohishi: "Effect of gravity on Marangoni Convection in a Liquid Bridge" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14・2(掲載決定). (1997)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata,M.Sakurai,N.Ohishi: "Transition Process from Laminar To Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal and Micro Gravity" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14・2(掲載決定). (1997)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] Y.L.Yao,J.Z.Shu,J.C.Xie,W.R.Hu,A.Hirata,S.Nishizawa,M.Sakurai: "Transition of Oscillatory Floating Half Zone Convection from Earth's Gravity to Microgravity" Int.J.Heat and Mass Transfer. 39(in press). (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] K.Okitsu,Y.Hayakawa,A.Hirata,S.Fujiwara,Y.Okano,N.Imaishi,S.Yoda,T.Oida,T.Yamaguti,M.Kumagawa: "Gravitational Effects on Mixing and Growth Morphology of An In_<0.5>Ga_<0.5>Sb System" J.Crystal Research Tech. 31・8(in press). (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata,K.Arafune,T.Akiyama,N.Imaishi,S.Yasuhiro: "Numerical Simulation of Mixing of Semiconductor Melts" Bulletin of the Centre for Infomatics,Waseda Univ.21(in press). (1997)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] W.R.Hu,A.Hirata,S.Nishizawa: "Diffusion Dominated Process for the Crystal Growth of a Binary alloy" J.Crystal Growth. 169. 380-392 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 平田彰,新船幸二,藤原省悟,熊川征司,早川泰弘,興津和彦,今石宣之,安廣祥一,岡野泰則,酒井奨,大坂敏明,依田真一,大井田俊彦: "濃度差マランゴニ対流に基づく多元系化合物半導体融液の均一分散・混合化" 日本マイクログラビティ応用学会誌. 13・3. 165-170 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 興津和彦,早川泰弘,山口十六夫,熊川征司,岡野泰則,平田彰,新船幸二,藤原省悟,今石宣之,依田真一,大井田俊彦: "IML-2でのIn-GaSb-Sb融液混合" 第13回宇宙利用シンポジウム. 118-121 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 和田哲也,早川泰弘,熊川征司,岡野泰則,平田彰,新船幸二,今石宣之,熊切康雄,X.Zhong,X.Xie,B.Yuan,F.Wu,H.Liu: "中国回収衛星利用によるIn GaSb混晶半導体の結晶成長" 第13回宇宙利用シンポジウム. 141-144 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 桜井誠人,大石直哉,平田彰: "液柱内振動マランゴニ対流に及ぼす液柱形状の影響" 第13回宇宙利用シンポジウム. 195-198 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] A.Hirata,M.Sakurai,N.Ohishi: "Oscillatory Thermocapillary Convection Phenomena in Silicone Oil Liquid Bridge under Normal Gravity and Microgravity Conditions" Drop Tower Days 1996 in Bremen. 2. 37-39 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] M.Sakurai,N.Ohishi,A.Hirata: "Effect of Liquid Bridge Form on Oscillatory Thermocapillary Convection under Normal Gravity and Microgravity Conditions -Drop Shaft Experiment-" Proc.47th Int.Astronautical Congress. IAF96 J.4.06. 1-7 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] M.Sakurai,N.Ohishi,S.Tsuneda,A.Hirata: "Effect of Gravity Level on Velocity Distribution and Temperature Oscillatory Feature in a Liquid Bridge Induced by Thermocapillary Convection" Proc.Third China-Japan Workshop on Microgravity Sci.44-47

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] 日比谷盂俊,中村新,柿本浩一,今石宣之,西澤伸一,平田彰,松井捷明,横田孝夫,依田真一,中村富久,足立聡,鮫島浩人: "シリコンメルト液柱におけるマランゴニ対流の温度振動" 日本マイクログラビティ応用学会誌. 13・2. 105-109 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書
  • [文献書誌] S.Nakamura,T.Hibiya,K.Kakimoto,N.Imaishi,S.Nishizawa,A.Hirata,K.Mukai,S.Yoda,T.Morita: "Measurement of Temperature Fluctuations in Marangoni Convection in a Half-zone Silicon Melt on Board the TR-IA-4 Rocket" J.Jpn.Soc.Microgravity Appl.14・1. 60-66 (1996)

    • 関連する報告書
      1996 実績報告書

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公開日: 1996-04-01   更新日: 2016-04-21  

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