| 研究課題/領域番号 |
23K03942
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21050:電気電子材料工学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
田辺 克明 京都大学, 工学研究科, 准教授 (60548650)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2025年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2024年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | シリコン / 太陽電池 / 機能性材料 / ウェハ接合 / 表面化学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
顕著な機械・光・電気的性質を示す単原子層材料や機能性固体・液体材料を界面材料に採用することで、単一の作製工程にて高性能な接合形成と機能発現を同時に実現するプロセスを提案する。このような新規手法により、半導体界面における電流や光のロスの低減のみならず、界面機能による発電量の増大をももたらす。例えば、太陽光のうち各発電層の禁性帯幅に適した波長域の入射や発電層間の電流整合のなされた高効率な多接合太陽電池をもたらすことができる。この着想の実証に向け、単原子層材料および波長変換材料を介した新規高性能半導体接合の開発を行うとともに、その接合形成技術を用いた超高効率太陽電池デバイスの作製および駆動を行う。
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| 研究実績の概要 |
ウェハ接合された半導体ヘテロ構造の歪み緩和過程について、エピタキシャル成長によって形成されたものと比較して理論的に検討した。エピタキシャル成長が行われる温度よりも有意に低い温度でウェハ接合された格子不整合ヘテロ構造では、歪み緩和の挙動が遅くなる。材料系を非平衡な準安定状態に維持することで、熱力学的に推進される転位の発生が抑制される。シミュレーションから得た歪み緩和の時定数を、ウェハ接合の温度Tを半導体材料の融点Tmで規格化した温度T/Tmにより整理した。GaAs/Si、InP/GaAs、Ge/Siなどの一般的な接合材料の組み合わせのヘテロ界面における格子不整合を考慮し、2つの結晶材料間の格子不整合は0.04とした。ウェハ接合でのプロセス温度の典型的なT/Tmの範囲は0.2～0.4である。T/Tmが0.4と0.3の場合、歪み緩和の時定数は、それぞれおよそ3E5秒（80時間）と5E10秒（1600年）と計算された。また、0.2というT/Tmは、室温でのウェハ接合、あるいは、動作中または静止状態のデバイスに相当するが、この規格化温度では時定数は2E21秒（60兆年）となった。対照的に、典型的なプロセスの規格化温度T/Tmが0.6となるヘテロエピタキシャル成長の場合、時定数は14秒と短くなった。また、ウェハ接合中に発生するミスフィット転位密度を議論すべく、ウェハ接合における加熱プロセスの典型的な時間として1時間の時点でのミスフィット転位の線形密度を各温度条件T/Tmにおいて計算した。その結果、ウェハ接合中に半導体結晶に与えられる劣化は無視できるほど小さいことが分かった。このように、ウェハ接合により形成される半導体ヘテロ構造における結晶の非平衡状態の安定性を説明することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
本研究の基盤となる、半導体ウェハ接合のメカニズムを理解するための理論計算から妥当な結果を得ることができたため。また、本研究を着手するに必要な関連分野の技術に関する文献調査も充分に行うことができたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
予定通りウェハ接合の実験を進めていく。
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