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電場・磁場を同時に用いた対流高精度制御半導体結晶成長法の創製

研究課題

研究課題/領域番号 14350010
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関九州大学

研究代表者

柿本 浩一  九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90291509)

研究分担者 干川 圭吾  信州大学, 教育学部, 教授 (10231573)
石井 秀夫  九州大学, 応用力学研究所, 助手 (50038551)
劉 立軍  九州大学, 応用力学研究所, 助手 (00380535)
橋本 良夫  九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (80180842)
研究期間 (年度) 2002 – 2004
研究課題ステータス 完了 (2004年度)
配分額 *注記
15,100千円 (直接経費: 15,100千円)
2004年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2003年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2002年度: 9,600千円 (直接経費: 9,600千円)
キーワードシリコン / 結晶成長 / 電磁攪拌 / 対流 / バルク結晶成長 / 電磁場印加結晶成長 / シミュレーション
研究概要

情報化社会を担うシリコン単結晶への要求は、年々厳しくなりさらなる高品質化が求められている。シリコン結晶の内部には、原子スケール欠陥である原子空孔が凝集して形成した空洞欠陥が、大きさと密度がそれぞれ約100nmと105cm-3程度で存在している。この空洞欠陥を除去することが、超高密度の電子デバイスを実現させるためには必須である。この空洞欠陥は固液界面付近において原子空孔の凝集により形成されているために、固液界面近傍の温度が高い領域での空孔濃度を精密に制御することが、問題解決には必要である。空孔濃度はほぼ平衡濃度であるために、空孔濃度そのものは温度によって決定される。したがって、空洞欠陥の除去には、結晶育成中の結晶内の温度分布、特に子液界面近傍の温度分布を精密に制御する必要がある。一般に凝固問題を考える場合、融液の対流と固液界面形状は強くリンクしているために、固液界面形状を制御するためには融液の対流を制御する必要がある。
本研究では、有限体積法を用いて3次非定常の計算を行い、EMCZの条件下におけるシリコン融液対流現象の3次元構造を明らかにした。本研究では3つの異なったEMCZの配置を取り上げた。印加した磁場は一様な垂直磁場と墓所によって異なるカスプ磁場、さらには、水平磁場の場合も検討を行った。結晶を通して電流を融液に流すために、電極・融液界面と固液界面では電流密度が異なることとなり、非対称なローレンツ力の分布が期待できる。2本の電極の場合は、2回対称に電極を配置した構成であり、結晶には電流が流れず2本の電極に逆方向に等量の電流が流れることとなり、この場合も非対称なローレンツ力の分布が期待できる。同心円上の電極は、電極が結晶の周囲に対象に配置され、結晶中を流れてきた電流は等方的に電流が流れ、対称性のよいローレンツ力の分布が期待できるために、これを用いて新規の結晶育成方法を提案できた。

報告書

(4件)
  • 2004 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2005 2004 2003 その他

すべて 雑誌論文 (11件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件) 文献書誌 (7件)

  • [雑誌論文] Numerical study of the effects of cusp-shaped magnetic fields and thermal conductivity on the melt-crystal interface in CZ crystal growth2005

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kakimoto, Lijun Liu
    • 雑誌名

      Crystal Research and Technology 38, No.7-8

      ページ: 716-725

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Silicon crystal growth from the melt : Analysis from atomic and macro scales2005

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kakimoto, Lijun Liu, Tomonori Kitashima, et al.
    • 雑誌名

      Crystal Research and Technology 40, No.4-5

      ページ: 307-312

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Heat and oxygen transfer in silicon melt in an electromagnetic Czochralski system with transverse magnetic fields2005

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kakimoto, Takashige Shinozaki, Yoshio Hashimoto
    • 雑誌名

      International Journal of Materials and Product Technology 22・1/2/3

      ページ: 84-94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Heat and oxygen transfer in silicon melt in an electromagnetic Czochralski system with transverse magnetic fields2005

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kakimoto, Takashige Shinozaki, Yoshio Hashimoto
    • 雑誌名

      Int.J.of Materials and Product Technology 22・1/2/3

      ページ: 84-94

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fundamentals for chemical experiment2005

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kakimoto
    • 雑誌名

      Jikken Kagaku Koza 5

      ページ: 259-270

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Numerical study of the effect of cusp-shaped magnetic fields and thermal conductivity on the melt-crystal interface in CZ crystal growth2005

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kakimoto, Lijun Liu
    • 雑誌名

      Crystal Research and Technology 38,No.7-8

      ページ: 716-725

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Silicon crystal growth from the melt : Analysis from atomic and macro scales2005

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kakimoto, Lijun Liu, Tomonori Kitashima, et al.
    • 雑誌名

      Crystal Research and Technology 40,No.4-5

      ページ: 307-312

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Computational study of formation mechanism of impurity distribution in a silicon crystal during solidification2004

    • 著者名/発表者名
      Lijun Liu, Koichi Kakimoto, Toshinori Taishi, Keigo Hoshikawa
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 265

      ページ: 399-409

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Numerical analysis of continuous charge of lithium niobate in a double-crucible Czochralski system using the accelerated crucible rotation technique2004

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Kitashima, Lijun Liu, Kenji Kitamura, Koichi Kakimoto
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 266

      ページ: 109-116

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of shape of an inner crucible on convection of lithium niobate melt in a double-crucible Czochralski process using the accelerated crucible rotation technique2004

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Kitashima, Lijun Liu, Kenji Kitamura, Koichi Kakimoto
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 267・3-4

      ページ: 574-582

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Effects of shape of an inner crucible on convection of lithium niobate melt in a double-crucible Czochralski process using the accelerated crucible rotation2004

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Kitashima, Lijun Liu, Kenji Kitamura, Koichi Kakimoto
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth 267・3-4

      ページ: 574-582

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [図書] 実験化学講座5 化学実験のための基礎技術2005

    • 著者名/発表者名
      柿本浩一
    • 出版者
      (株)丸善
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [産業財産権] ハイブリッドEBセル2003

    • 発明者名
      柿本 浩一, 高橋 弘
    • 権利者名
      エイコーエンジニアリング
    • 産業財産権番号
      平15-265437
    • 出願年月日
      2003-11-15
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2004 実績報告書 2004 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kakimoto K, Liu LJ: "Numerical study of the effects of cusp-shaped magnetic fields and thermal conductivity on the melt-crystal interface in CZ crystal growth"Crystal Growth Technology. 38. 716-725 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kakimoto K, Konishi H, Tashiro A, et al.: "Stabilization of melt convection of lithium niobate using accelerated crucible rotation technique"J. Electrochem. Society. 150(5). J17-J22 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kakimoto K, Tashiro A, Shinozaki T, et al.: "Mechanisms of heat and oxygen transfer in silicon melt in an electromagnetic Czochralski system"J.Crystal Growth. 243(1). 55-65 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kakimoto K: "Effects of rotating magnetic fields on temperature and oxygen distributions in silicon melt"J.Crystal Growth. 237. 1785-1790 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kakimoto K, Tashiro A, Ishii H, et al.: "Active control of melt convection of silicon by electromagnetic force under cusp-shaped magnetic fields"Material Science Semiconductor Processing. 5(4-5). 341-345 (2002)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] Kamimoto K, Tashiro A, Shinozaki T, Ishii H, Hashimoto Y: "Mechanisms of heat and oxygen transfer in silicon melt in an electromagnetic Czochralski system"JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH. 243(1). 55-65 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Kamimoto K, Tashiro A, Ishii H, Shinozaki T: "Active control of melt convection of silicon by electromagnetic force under cusp-shaped magnetic fields"Materials Science in Semiconductor Processing. (In press). (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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