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発光イメージングによる欠陥特性の定量

研究課題

研究課題/領域番号 16H03856
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 結晶工学
研究機関国立研究開発法人理化学研究所 (2018)
名古屋大学 (2017)
東北大学 (2016)

研究代表者

沓掛 健太朗  国立研究開発法人理化学研究所, 革新知能統合研究センター, 研究員 (00463795)

研究分担者 原 康祐  山梨大学, 大学院総合研究部, 特任助教 (40714134)
太子 敏則  信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (90397307)
研究協力者 谷川 智之  
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
16,770千円 (直接経費: 12,900千円、間接経費: 3,870千円)
2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2017年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2016年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
キーワード発光イメージ / 結晶工学 / 半導体結晶 / 結晶欠陥 / 機械学習 / 結晶評価 / 欠陥物性 / 定量化 / データ科学 / 格子欠陥 / 半導体物性 / 発光イメージング / イメージング / フォトルミネッセンス / Si / BaSi2 / SiC / キャリア再結合
研究成果の概要

本研究では半導体結晶の発光イメージから結晶内部に含まれる欠陥の物性を定量する手法の開発に取り組みました。本研究で得られたBaSi2やSiCの高品質結晶を測定試料に用いて検討を進め、半導体や結晶欠陥の物理に基づきながらキャリアシミュレーションや画像処理、機械学習などの計算手法を活用することで、従来法に比べて、より高精度、高感度、高速・高効率な定量法を得ることができました。得られた定量法や測定のための基礎技術・基礎知見は、積極的に実用を進めていく予定です。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究のポイントは画像として得られる発光イメージから、欠陥物性の情報をいかに抽出するかです。本研究では、半導体や欠陥の物理に基づくシミュレーション、欠陥のもつ画像特徴を検出する画像処理、大量データから有用な法則を導く機械学習を活用することで、欠陥に関する情報を高速・正確に抽出する方法を開発しました。この方法は、半導体結晶の発光イメージに限らず、多くの計測画像に適用できる技術要素を持つため、今後さまざまな応用展開を進める予定です。

報告書

(4件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (50件)

すべて 2019 2018 2017 2016

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (37件) (うち国際学会 11件、 招待講演 15件) 図書 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Fabrication of SnS/BaSi2 heterojunction by thermal evaporation for solar cell applications2019

    • 著者名/発表者名
      Hara Kosuke O.、Arimoto Keisuke、Yamanaka Junji、Nakagawa Kiyokazu
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 58 号: SB ページ: SBBF01-SBBF01

    • DOI

      10.7567/1347-4065/aaf69a

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diffusion process in BaSi2 film formation by thermal evaporation and its relation to electrical properties2018

    • 著者名/発表者名
      Hara Kosuke O.、Arimoto Keisuke、Yamanaka Junji、Nakagawa Kiyokazu
    • 雑誌名

      Journal of Materials Research

      巻: 33 号: 16 ページ: 2297-2305

    • DOI

      10.1557/jmr.2018.181

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of the Growth Conditions on the Crystal Quality in Solution Growth of SiC Using Cr Solvent without Molten Si2018

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Koki、Hyun Koang Yong、Taishi Toshinori
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 924 ページ: 35-38

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/msf.924.35

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Solution Growth of SiC from the Crucible Bottom with Dipping under Unsaturation State of Carbon in Solvent2018

    • 著者名/発表者名
      Taishi Toshinori、Takahashi Masaru、Tsuchimoto Naomichi、Suzuki Koki、Hyun Koang Yong
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 924 ページ: 51-54

    • DOI

      10.4028/www.scientific.net/msf.924.51

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Numerical simulation of carbon concentration in top-seeded solution growth of SiC2018

    • 著者名/発表者名
      Naomichi Tsuchimoto, Shingo Ehara, Toshinori Taishi
    • 雑誌名

      The 8th Forum on Science and Technology of Silicon Material

      巻: 8 ページ: 372-376

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Solution growth of SiC without molten Si using concave ceramic SiC feed2018

    • 著者名/発表者名
      Koki Suzuki, Toshinori Taishi
    • 雑誌名

      The 8th Forum on Science and Technology of Silicon Material

      巻: 8 ページ: 377-381

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Generation and propagation of defects in multicrystalline silicon for solar cells2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kutsukake, Yusuke Hayama, Tetsuya Matsumoto, Hiroaki Kudo, Tatsuya Yokoi, Yutaka Ohno, and Noritaka Usami
    • 雑誌名

      The 8th Forum on Science and Technology of Silicon Material

      巻: 8 ページ: 152-153

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Suppression of Near-interface Oxidation in Thermally-evaporated BaSi2 Films and Its Effects on Preferred Orientation and the Rectification Behavior of n-BaSi2/p+-Si Diodes2018

    • 著者名/発表者名
      Hara Kosuke O.、Arimoto Keisuke、Yamanaka Junji、Nakagawa Kiyokazu、Usami Noritaka
    • 雑誌名

      MRS Advances

      巻: 3 号: 25 ページ: 1387-1392

    • DOI

      10.1557/adv.2018.31

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] BaSi2 formation mechanism in thermally evaporated films and its application to reducing oxygen impurity concentration2018

    • 著者名/発表者名
      Hara Kosuke O.、Yamamoto Chiaya、Yamanaka Junji、Arimoto Keisuke、Nakagawa Kiyokazu、Usami Noritaka
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 57 号: 4S ページ: 04FS01-04FS01

    • DOI

      10.7567/jjap.57.04fs01

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication of BaSi2 thin films capped with amorphous Si using a single evaporation source2018

    • 著者名/発表者名
      Kosuke O. Hara, Cham Thi Trinh, Yasuyoshi Kurokawa, Keisuke Arimoto, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, Noritaka Usami
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 636 ページ: 546-551

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2017.06.055

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Post-annealing effects on the surface structure and carrier lifetime of evaporated BaSi2 films2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke O. Hara, Cham Thi Trinh, Yasuyoshi Kurokawa, Keisuke Arimoto, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, and Noritaka Usami
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 56 号: 4S ページ: 04CS07-04CS07

    • DOI

      10.7567/jjap.56.04cs07

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Generation and propagation of dislocations in multicrystalline silicon for solar cells2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kutsukake
    • 学会等名
      International Symposium on Modeling of Crystal Growth Processes and Devices
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 近接蒸着によるBaSi2薄膜作製2019

    • 著者名/発表者名
      原康祐、瀧澤周平、有元圭介、山中淳二、中川清和
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] SiC 溶液成長における溶質の溶解・輸送・成長2019

    • 著者名/発表者名
      太子敏則、鈴木皓己、土本直道
    • 学会等名
      日本金属学会2019 年春期(第164 回)講演大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Adaptive mapping for quick material evaluation2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kutsukake, Ryota Kikuchi, Koji Shimoyama, Kenichi Inoue
    • 学会等名
      10th International Workshop on Crystalline Silicon for Solar Cells
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] GaN結晶の多光子励起PL画像からの 転位の3次元配置に関する数値情報抽出2018

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗、谷川智之、松岡隆志、井上憲一
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] PV研究におけるデータサイエンス活用に向けて2018

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗
    • 学会等名
      JSAP若手チャプター 太陽光エネルギー変換機能材料・デバイス開発研究会 第1回研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Adaptive mapping for quick material evaluation2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kutsukake
    • 学会等名
      The 19th KIM-JIM Symposium
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 結晶評価へのデータ科学活用2018

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗
    • 学会等名
      応用物理学会東海支部 基礎セミナー「結晶成長:原理と成長法、及び、歪・欠陥の評価技術の最前線」
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Composition control of semiconducting BaSi2 films fabricated by thermal evaporation2018

    • 著者名/発表者名
      Hara, K. O., Arimoto, K., Yamanaka, J., and Nakagawa, K.
    • 学会等名
      Collaborative Conference on Materials Research (CCMR) 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Formation of SnS/BaSi2 Heterojunction by Sequential Thermal Evaporation toward Solar Cell Applications2018

    • 著者名/発表者名
      Hara, K. O., Arimoto, K., Yamanaka, J., and Nakagawa, K.
    • 学会等名
      2018 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 高速熱蒸着によるBaSi2薄膜作製技術の進展2018

    • 著者名/発表者名
      原康祐、瀧澤周平、有元圭介、山中淳二、中川清和
    • 学会等名
      第32回シリサイド系半導体研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 連続蒸着とポストアニールによるSnS/BaSi2ヘテロ接合の作製2018

    • 著者名/発表者名
      原康祐、瀧澤周平、有元圭介、山中淳二、中川清和
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 溶質供給源の形状を変化させたCr単一溶媒でのSiC溶液成長2018

    • 著者名/発表者名
      鈴木皓己、太子敏則
    • 学会等名
      第47回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] SiC溶液法における炭素濃度の経時変化を考慮したシミュレーションとその実測2018

    • 著者名/発表者名
      土本直道、江原槙吾、太子敏則
    • 学会等名
      第47回結晶成長国内会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] データ科学を活用した材料創製・材料評価に向けて2018

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗、宇佐美徳隆、工藤博章、松本哲也、横井達矢
    • 学会等名
      日本金属学会2018春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] SiC溶液成長における溶液中の炭素濃度の経時変化および成長時の非定常解析2018

    • 著者名/発表者名
      太子敏則
    • 学会等名
      日本結晶成長学会バルク成長分科会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] BaSi2蒸着における蒸気組成と成膜過程解析2018

    • 著者名/発表者名
      原康祐、有元圭介、山中淳二、中川清和
    • 学会等名
      第65回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 物理計測の適応的マッピング2018

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗
    • 学会等名
      日本金属学会東海支部、日本鉄鋼協会東海支部学術討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] SiCおよび機能性バルク単結晶の育成~融液成長からのSiC溶液成長のアプローチ~2018

    • 著者名/発表者名
      太子敏則、干川圭吾
    • 学会等名
      日本学術振興会第161委員会第103回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] データ科学的手法による効率的なマッピングの検討(1)2017

    • 著者名/発表者名
      菊地亮太、沓掛健太朗、出浦桃子、大野裕、下山幸治、米永一郎
    • 学会等名
      第64回 応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] データ科学的手法による効率的なマッピングの検討(2)2017

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗、菊地亮太、出浦桃子、大野裕、下山幸治、米永一郎
    • 学会等名
      第64回 応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] BaSi2蒸着膜中の酸素不純物に関する調査2017

    • 著者名/発表者名
      原 康祐、山本 千綾、山中 淳二、有元 圭介、中川 清和、黒川 康良、宇佐美 徳隆
    • 学会等名
      第64回応用物理学会春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜、横浜
    • 年月日
      2017-03-14
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] データ科学を駆使した適応的マッピング測定2017

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗
    • 学会等名
      日本学術振興会第145委員会第156回研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Simple Thermal Evaporation Route to Single-Phase and Highly-Oriented BaSi2 Thin Films2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke O. Hara, Chiaya Yamamoto, Junji Yamanaka, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa, Noritaka Usami
    • 学会等名
      2017 MRS Fall Meetings & Exhibit
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Development of preferred orientation in evaporated BaSi2 films on Si(100) by controlling the near-interface structure2017

    • 著者名/発表者名
      Kosuke O. Hara, Chiaya Yamamoto, Junji Yamanaka, Keisuke Arimoto, Kiyokazu Nakagawa, and Noritaka Usami
    • 学会等名
      27th International Photovoltaic Science and Engineering Conference
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] TSSG法によるSiC溶液成長における溶媒中の炭素の溶解・輸送解析と結晶品質に与える影響2017

    • 著者名/発表者名
      太子敏則
    • 学会等名
      第12回日本フラックス成長研究発表会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Microstructural Characteristics of BaSi2 Epitaxial Films Fabricated by Thermal Evaporation2017

    • 著者名/発表者名
      K. O. Hara, C. Yamamoto, J. Yamanaka, K. Arimoto, K. Nakagawa, N. Usami
    • 学会等名
      2017 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] BaSi2蒸着膜中の酸素濃度低減と結晶配向への影響2017

    • 著者名/発表者名
      原康祐、山中淳二、有元圭介、中川清和、宇佐美徳隆
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] データ科学的手法による効率的なマッピング(3):測定点移動距離の検討2017

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗、菊地亮太、大野裕、下山幸治
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] BaSi2蒸着膜のa-Si被覆による表面酸化抑制2017

    • 著者名/発表者名
      原康祐,Cham Thi Trinh,黒川康良,有元圭介,山中淳二,中川清和,宇佐美徳隆
    • 学会等名
      第14 回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] データ科学的手法を用いた 効率的なマッピングの提案2017

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗、大野 裕、出浦 桃子、米永 一郎、菊地亮太、下山幸治
    • 学会等名
      第14回「次世代の太陽光発電システム」シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 太陽電池用シリコンのキャスト成長における欠陥制御2017

    • 著者名/発表者名
      沓掛健太朗
    • 学会等名
      学振175委員会 第6回次世代シリコン太陽電池分科会研究会
    • 発表場所
      九州大学、福岡
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Fabrication of BaSi2 thin films passivated by amorphous Si using a single evaporation source2016

    • 著者名/発表者名
      Kosuke O. Hara, Cham Thi Trinh, Yasuyoshi Kurokawa, Keisuke Arimoto, Junji Yamanaka, Kiyokazu Nakagawa, and Noritaka Usami
    • 学会等名
      26th Photovoltaic Science and Engineering Conference (PVSEC-26)
    • 発表場所
      Sands Expo and Convention Centre, Singapore
    • 年月日
      2016-10-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Surface Modification of Evaporated BaSi2 Films by In-situ Post-annealing and Amorphous Silicon Capping2016

    • 著者名/発表者名
      K.O. Hara, C.T. Trinh, Y. Kurokawa, K. Arimoto, J. Yamanaka, K. Nakagawa, N. Usami
    • 学会等名
      2016 International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2016)
    • 発表場所
      Tsukuba International Congress Center, Tsukuba, Japan
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 単一原料の蒸着によるa-Si/BaSi2積層構造の作製2016

    • 著者名/発表者名
      原 康祐、Trinh Cham Thi、黒川 康良、有元 圭介、山中 淳二、中川 清和、宇佐美 徳隆
    • 学会等名
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ、新潟
    • 年月日
      2016-09-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Grain boundaries in silicon crystals: Crystallographic interaction and dislocation generation during crystal growth2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kutsukake, Yutaka Ohno, Momoko Deura, and Ichiro Yonenaga
    • 学会等名
      The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy
    • 発表場所
      Nagoya Congress Center, Nagoya, Japan
    • 年月日
      2016-08-07
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Luminescence imaging through a spatially-resolved camera for defect characterization in silicon crystals2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Kutsukake, Momoko Deura, Yutaka Ohno, and Ichiro Yonenaga
    • 学会等名
      Summit of Materials Science (SMS2016) 100th Anniversary of Institute for Materials Research(Tohoku Univ. IMR)
    • 発表場所
      Institute for Materials Research, Tohoku University, Sendai, Japan
    • 年月日
      2016-05-18
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] Chap. Growth of Crystalline Silicon for Solar Cells: Mono-Like Method, in Handbook of Photovoltaic Silicon2018

    • 著者名/発表者名
      Kutsukake Kentaro
    • 総ページ数
      20
    • 出版者
      Springer
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [産業財産権] マッピング方法および測定装置2017

    • 発明者名
      沓掛健太朗、菊池亮太、下山幸治
    • 権利者名
      沓掛健太朗、菊池亮太、下山幸治
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2017-032950
    • 出願年月日
      2017-02-24
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-04-21   更新日: 2020-03-30  

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