| 研究課題/領域番号 |
23K26418
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01725 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分26050:材料加工および組織制御関連
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
會田 英雄 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (10811648)
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| 研究分担者 |
澤邊 厚仁 青山学院大学, 理工学部, 教授 (70187300)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
2025年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2024年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
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| キーワード | ダイヤモンド / ヘテロエピタキシャル成長 / CVD法 / 欠陥密度 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
温室効果ガス削減に極めて大きな貢献が期待されるダイヤモンドを用いた究極の省エネルギーパワー半導体デバイスの実現には、高品質かつ大型のダイヤモンド基板の実現が必要である。ダイヤモンド成長用下地MgO基板の完璧表面創成と極薄化加工を行いつつ、成長中リアルタイム応力制御を取り入れ、結晶欠陥発生とその伝搬を抑制/制御してダイヤモンドの高品質化を目指す。最終段階では、これまでに開発済みの大口径結晶成長技術と組み合わせ、実用性(サイズと品質)を兼ね備えるダイヤモンド基板製造技術の完成を目指す。
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| 研究実績の概要 |
温室効果ガス削減に極めて大きな貢献が期待されるダイヤモンドによる究極の省エネルギーパワー半導体デバイスの実現には、高品質かつ大型のダイヤモンド基板実現が必須である。ヘテロエピタキシャル成長法による基板大型化には目途が付いているが、結晶欠陥密度の低い高品質ダイヤモンド成長技術開発が必要である。下地基板となるMgO表面の無じょう乱研磨加工とその後の洗浄およびアニール手法はすでに確立できており、原子レベルステップテラス表面創製にも成功ているが、成長中の基板の反りが問題となる。ダイヤモンド基板の成長時反りは成長時応力を反映しており、低欠陥密度を実現するために必須となる成長時応力発生要因の特定につながる。
そこで本研究では、下地MgO基板上へのダイヤモンド成長中リアルタイム測定と、成長条件による応力制御を実施した。またダイヤモンドヘテロエピタキシャル成長中に生ずる応力の理解促進のため、ダイヤモンド基板、イリジウム基板を準備してヘテロエピタキシャル成長を行った。いずれの基板も、基板の熱伝導率が高く、成長前昇温時の基板熱応力の影響を排除できる。また前者基板は、冷却時熱応力の影響を最も低減できる系であり、ヘテロエピタキシャル成長に必須の薄膜イリジウムとダイヤモンドとのミスマッチのみを議論できる。後者基板は薄膜イリジウムに代わりバルクイリジウム基板を用いて、成膜後の冷却応力を中心に議論できる系である。これらの結果を整理すると、最も理想的な系でも1.1GPaの成長応力が生じることがわかった。一方、MgO基板系では5.4GPaの成長応力が生じていることが明らかとなり、成長前昇温時熱応力の影響を制御することの重要性が明らかとなった。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の基本構想であるMgO基板の極薄化技術を実施するにあたり、ヘテロエピタキシャル成長においてMgO基板が受ける熱応力の影響を具体的に定量化することに成功した。すでにMgO基板薄化加工にもおおむね見通しを得ていることから、発生している応力量に基づき具体的に必要な基板薄化加工量を算出できる予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの取り組みでヘテロエピタキシャル成長の初期に導入される初期応力の制御の重要性が見出されている。基板の昇温と成長開始時の各密度などが影響している可能性が見えてきている。一方、最終的に極薄MgO基板上への成長様式制御が課題となるが、薄化に伴って基板の熱伝導様式が変化するため、成長時の基板温度シミュレーションを取り入れていく必要がある。同時に、当該CVD法では基板温度がマイクロ波出力と発生したプラズマの密度にも影響する。つまり、プラズマ中の活性種の状態が成長初期に影響することを示しており、その解明も同時に行わなければならない。
今年度の取り組みでは、シミュレーション技術を導入、活用することで、初期成長応力制御のメカニズムと基板厚みの影響についても、相関を明らかにする。その結果をその場成長制御へとフィードバックし、ダイヤモンドの高品質化に向けた成長レシピ制御の準備も行う。
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