| 研究課題/領域番号 |
20H02637
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分30010:結晶工学関連
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| 研究機関 | 信州大学 |
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研究代表者 |
太子 敏則 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (90397307)
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| 研究分担者 |
鈴木 孝臣 信州大学, 学術研究院工学系, 准教授 (20196835)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2020年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円)
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| キーワード | 炭化ケイ素（SiC） / 溶液成長 / 金属溶媒 / 接触角 / 平坦成長 / 二次元核形成エネルギー / 炭化ケイ素 / 長尺成長 / SiC / 表面エネルギー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
次世代パワーデバイス材料である炭化ケイ素（SiC）について、従来の溶液法とは異なり、Siを含まないCrなどの金属溶媒にSiCセラミックスを溶解させ、再結晶により結晶成長を行う。セラミックスから高組成でほぼ当量のSiとCが溶解する利点に対して、二次元核形成が主となる表面荒れが生じ、長尺結晶成長が難しい現状である。本研究では、SiCと溶媒間の①接触角、②表面張力を実測し、③界面エネルギーを算出することで、二次元核を形成しにくい溶媒と結晶成長条件を検討する。そのうえで、長さ10mmの4H-SiC結晶成長を目標とし、長時間安定で平滑表面となる長尺のSiC溶液成長の実現の可否について模索する。
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| 研究成果の概要 |
MSSG法によるSiC溶液成長において、二次元核形成エネルギーに関係するSiC基板と金属溶媒間の接触角を測定するために、所有する赤外線ゴールドイメージ炉を改造した。側面からSiC基板と金属溶媒間の接触角を測定できるようにしMSSG法のベースとなるCr溶媒と比べて、AlやCo、Snの接触角が大きいことを確認し、Crに4%まで添加することで、接触角が増加することを見出した。これらの溶媒を用いることにより、MSSG法で平坦なSiC単結晶が成長に成功し、また、AlやCoを4%添加したCr溶媒を用いて結晶回転速度を大きくした場合において、1mmを超える厚さのSiC結晶が得られた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
SiCの溶液成長は、現在主流の昇華法に比べて、転位などの欠陥が少ない高品質な結晶が育成できると期待されている。溶液成長の主流はTSSG法であり、SiにCrを添加した溶媒を用いることが一般的であるが、成長における溶媒組成の変化により長尺結晶の育成が難しいとされている。
これに対して、本研究で実施したMSSG法は、SiCセラミックスを溶質とし、Siを含まない金属溶媒を用いることが特徴で、成長中の溶媒組成の変化が起こりにくい。そのような方法で、接触感が大きくなる溶媒を用いて、長さ1mmのSiC単結晶が得られたことは、今後のSiC結晶の長尺化につながる、有益な結果が得られたと考えている。
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