Gibbs-Thomson溶媒が拓く超速エピタキシーの新展開

• 研究課題/領域番号: 22K18306
• 研究種目: 挑戦的研究(開拓)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分26:材料工学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 吉川 健 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (90435933)
• 研究分担者: 三浦 均 名古屋市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (50507910) ; 川西 咲子 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (80726985)
• 研究期間 (年度): 2022-06-30 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 25,870千円 (直接経費: 19,900千円、間接経費: 5,970千円); 2024年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2023年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円); 2022年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
• キーワード: Gibbs-Thomson溶媒 / 結晶成長 / エピタキシャル

研究開始時の研究の概要

本研究では、酸化ガリウムや硫化スズを成長対象結晶として、Gibbs-Thomson効果が創出する超成長場のプロセスサイエンスの解明に取り組み、Gibbs-Thomson溶媒を用いた超速エピタキシーの基礎を確立する。まず①本エピタキシーの超高速を駆動する成長ポテンシャルの定量的な評価、②高速成長に起因する高濃度ドーピング機構の解明、ならびに③混晶系新材料への本技術の応用性検証を行う。

研究実績の概要

本研究では、成長結晶の微粒子を分散した溶媒の有するGibbs-Thomson効果が創出する超成長場のプロセスサイエンスの解明に取り組み、Gibbs-Thomson溶媒利用超速エピタキシーの新学理を築くとともに、SiC、硫化スズ、酸化ガリウム混晶に本手法を応用し、広範な材料への応用可能性を実証する。
SiC結晶については、本助成研究の実施以前からの研究を引き続き実施するとともに、とりわけ本成長におけるSiC結晶の成長について、微粒子の溶媒への溶解と拡散を交互解析する有限要素法モデルを構築し、見かけの界面エネルギーを検討因子とした成長速度予測・解析を可能とした。
また、酸化ガリウム混晶の成長に用いるレーザー加熱系の実験設備の整備を完了し、酸化ガリウム粒子の溶融が瞬時に行えることを確認した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

各メンバーが概ね予定通り研究を進めている。しかし、研究代表者ならびに、分担者の川西はそれぞれ研究機関を異動しており、2023年度の早期に、装置の再稼働ならびに実験実施を進める必要がある、

今後の研究の推進方策

2022年度に構築した実験系を用い、2023年度には以下を実施する。
(1) 分散微粒子のGibbs-Thomson効果が与える成長ポテンシャルの定量評価　これまで実施したSi-40mol%Cr-SiC系に加えて、組成比の異なる2溶媒２つならびに、異なる2合金系で成長実験を実施する。
(2) 酸化ガリウムやSnS等の混晶材料の結晶育成を実施し、微粒子分散効果について検討を行う。
各実験系において系統的な実験を進め、年度内の学会発表等の成果発表を行うように努める。