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最高速CPU開発に向けた高品質バルク混晶シリコンゲルマニウム単結晶育成方法の確立

研究課題

研究課題/領域番号 15K04671
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 結晶工学
研究機関国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

研究代表者

荒井 康智  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 有人宇宙技術部門, 主任研究開発員 (90371145)

研究分担者 前田 辰郎  国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究主幹 (40357984)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2015年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
キーワードSiGe / 結晶成長 / 電子材料 / シリコンゲルマニウム / 飽和溶融帯移動法 / 赤外透過率
研究成果の概要

本研究では、近年性能限界が明らかになってきたCPUのSiトランジスタより更に移動度が高い、CPU高速動作が可能なSiGeトランジスタに利用する高品質SiGe結晶育成方法を研究した。主な課題は、Si種子結晶からSiGeが育成する際に、SiとSiGe の熱膨張率差でSiGe結晶に発生するモザイク構造を抑制する事であった。
研究の結果、熱膨張率差緩和を期待したSiGe結晶を種子結晶とする方法は、成長SiGe結晶に多結晶が多くみられ、高品質化が困難である可能性が高いことが判り、新しくダブルゾーンでの解決方法を模索する事とした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高速CPU開発は、今後の高速移動体通信や処理速度の速い小型PCには必須の機器であり開発が渇望されている。SiGe結晶の高品質結晶は、高速CPUを実現する次世代の結晶候補であり、インテルなどのトランジスタにも部分的に利用されているが、高品質結晶が得られれば更なる高速化が期待される。現在、高品質SiGeの量産に成功している企業はなく、本研究の成果が結実すれば、電子デバイス産業の一翼を担うことができる。

報告書

(5件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 2015 実施状況報告書
  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017 2016 2015

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Study of SiGe Crystal Growth Interface Processed in Microgravity2018

    • 著者名/発表者名
      Arai Yasutomo、Kinoshita Kyoichi、Tsukada Takao、Kubo Masaki、Abe Keita、Sumioka Sara、Baba Satoshi、Inatomi Yuko
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: 18 号: 6 ページ: 3697-3703

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.8b00544

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Si1-XGeX bulk single crystals for substrates of electronic devices2017

    • 著者名/発表者名
      Kyoichi Kinoshita,Yasutomo Arai, Tatsuro Maeda, Osamu Nakatsuka
    • 雑誌名

      Materials Science in Semiconductor Processing

      巻: 70 ページ: 12-16

    • DOI

      10.1016/j.mssp.2016.10.012

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hole Hall mobility of SiGe alloys grown by the traveling liquidus-zone method2015

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Maeda, Hiroyuki Hattori, Wen Hsin Chang, Yasutomo Arai and Kyoichi Kinoshita
    • 雑誌名

      Applied physics letters

      巻: 107 号: 15 ページ: 152104-152104

    • DOI

      10.1063/1.4933330

    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] TLZ法によるSiGe結晶育成中のメルト内対流効果2016

    • 著者名/発表者名
      木下 恭一、荒井 康智、稲冨裕光、塚田隆夫
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟市朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] TLZ法によるSiGe結晶育成2016

    • 著者名/発表者名
      木下 恭一、荒井 康智、稲冨裕光、塚田隆夫
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      新潟市朱鷺メッセ
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Homogeneous bulk SiGe crystals grown on board the International Space Station2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Arai, K. Kinoshita, T. Tsukada, K. Abe, S. Sumioka,, M. Kubo, S. Baba, T. Maeda, Y. Inatomi
    • 学会等名
      ICCGE-18
    • 発表場所
      名古屋国際会議場
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] TLZ法を利用した均一組成バルクSiGe結晶(2)移動度評価2016

    • 著者名/発表者名
      前田辰郎, 服部浩之、Wen Hsin Chang, 木下恭一、荒井康智
    • 学会等名
      応用物理学会年会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] TLZ法を利用した均一組成バルクSiGe結晶(1)大口径化と高品質化2016

    • 著者名/発表者名
      木下 恭一、荒井 康智
    • 学会等名
      応用物理学会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      2016-03-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] 微小重力下でTLZ法により育成したSiGe結晶分析2015

    • 著者名/発表者名
      荒井康智、木下恭一、阿部敬太、 住岡沙羅、久保正樹、塚田隆夫、馬場嵯登史、稲富裕光
    • 学会等名
      結晶成長学会
    • 発表場所
      北海道大学
    • 年月日
      2015-10-19
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
  • [学会発表] Hall hole mobility of single crystalline random SiGe alloys2015

    • 著者名/発表者名
      Tatsuro Maeda, Hiroyuki Hattori, Wen Hsin Chang, Yasutomo Arai and Kyoichi Kinoshita
    • 学会等名
      9th International Conference on Silicon Epitaxy and Heterostructures
    • 発表場所
      Montreal, Quebec, Canada
    • 年月日
      2015-05-17
    • 関連する報告書
      2015 実施状況報告書
    • 国際学会

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公開日: 2015-04-16   更新日: 2020-03-30  

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