その場観察法によるSi多結晶の融液成長メカニズムの解明

• 研究課題/領域番号: 26246016
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 東北大学
• 研究代表者: 藤原 航三 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70332517)
• 研究分担者: 沓掛 健太朗 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00463795)
• 研究期間 (年度): 2014-06-27 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 43,030千円 (直接経費: 33,100千円、間接経費: 9,930千円); 2016年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2015年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円); 2014年度: 27,690千円 (直接経費: 21,300千円、間接経費: 6,390千円)
• キーワード: 固液界面 / Si多結晶 / その場観察 / 双晶界面 / 結晶成長 / 不純物偏析 / シリコン / 結晶粒界

研究成果の概要

本研究は、太陽電池用Si多結晶インゴットの高品質化・高均質化成長技術の開発に対して有用な知見を得るために、Si多結晶の固液界面現象を基礎的に解明することを目的として実施された。約1400℃という高温でSi多結晶の固液界面を直接観察するための「その場」観察装置を開発した。本装置を用いて、結晶粒界が結晶成長や組織形成に及ぼす影響を明らかにした。この基礎研究で得られた知見をSi多結晶インゴットの成長技術に反映させて、従来のSi多結晶に比較して約3倍の少数キャリアライフタイムを示す高品質Si多結晶インゴットが実現された。

研究成果

• [雑誌論文] In situ observation of twin boundary formation at grain-boundary groove during directional solidification of Si (2017)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, R. Maeda, K. Maeda, and H. Morito
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 133 ページ: 65-69
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Impact of local atomic stress on oxygen segregation at tilt boundaries silicon (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohno, K. Inoue, K. Fujiwara, K. Kutsukake, M. Deura, I. Yonenaga, N. Ebisawa, Y. Shimizu, K. Inoue, Y. Nagai, H. Yoshida, S. Takeda, S. Tanaka, M. Kohyama
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 110 号: 6
  • DOI: 10.1063/1.4975814
  • 査読あり
• [雑誌論文] Liquinert quartz crucible for the growth of multicrystalline Si ingots (2015)
  • 著者名/発表者名: Kozo Fujiwara, Yukichi Horioka, and Shiro Sakuragi
  • 雑誌名: Energy Science & Engineering 巻: 3 号: 5 ページ: 419-422
  • DOI: 10.1002/ese3.90
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Three-dimensional evaluation of gettering ability for oxigen atoms at small-angle tilt boundaries in Czochralski-grown silicon crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Ohno, Kaihei Inoue, Kozo Fujiwara, Momoko Deura, Kentaro Kutsukake, Ichiro Yonenaga, Yasuo Shimizu, Koji Inoue, Naoki Ebisawa, and Yasuyoshi Nagai
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 106 号: 25 ページ: 251603-251603
  • DOI: 10.1063/1.4921742
  • 査読あり
• [雑誌論文] Segregation of Ge in B and Ge codoped Czochralski-Si crystal growth (2015)
  • 著者名/発表者名: Mukannan Arivanandhan, Raira Gotoh, Kozo Fujiwara, Satoshi Uda, and Yasuhiro Hayakawa
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 639 ページ: 588-592
  • DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.03.155
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Si多結晶の一方向成長過程における双晶界面の形成過程の直接観察 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前田亮一、前田健作、森戸春彦、藤原航三
  • 学会等名: 日本金属学会第160回春期講演大会
  • 発表場所: 東京都立大学
  • 招待講演
• [学会発表] Morphological transformation of crystal/melt interface of silicon (2016)
  • 著者名/発表者名: Kozo Fujiwara
  • 学会等名: 2016 Russia-Japan Conference "Advanced Materials: Synthesis, Processing and Properties of Nanostructures"
  • 発表場所: Novosibirsk State University, Russia
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of growth technology of mc-Si ingot suppressing impurity contamination  (2016)
  • 著者名/発表者名: Kozo Fujiwara, Yukichi Horioka, Siro. Sakuragi
  • 学会等名: The 18th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-18)
  • 発表場所: Nagoya
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] In situ observations of interface instability and dendrite growth of silicon (2016)
  • 著者名/発表者名: Kozo Fujiwara
  • 学会等名: 5th International Workshop on Directianally Solodified Eutectic Ceramics
  • 発表場所: the University of Warsaw, Warsaw, Poland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fabrication of periodically-twinned borate crystal for quasi-phase-matching (2016)
  • 著者名/発表者名: Kensaku Maeda, Kozo Fujiwara, Satoshi Uda
  • 学会等名: The 10th Asia-Pacific Laser Symposium (APLS 2016)
  • 発表場所: Seogwipo KAL Hotel, Jejudo,Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CZ-Si単結晶より高品質なSi多結晶の実現を目指して (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤原航三
  • 学会等名: 第3回『各種SiC結晶成長法における高品質化とその応用』
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] In situ observations of crystal/melt interface during unidirectional growth of silicon (2015)
  • 著者名/発表者名: Kozo Fujiwara
  • 学会等名: 11th International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications
  • 発表場所: バンクーバー（カナダ）
  • 年月日: 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ge distribution at grain boundary in unidirectional growth of Si-rich SiGe (2015)
  • 著者名/発表者名: Morgane Mokhtari, Kozo Fujiwara, Haruhiko Koizumi, Jun Nozawa, Satoshi Uda
  • 学会等名: Japan-Russia Joint Seminar "Advanced Materials Synthesis Process and Nanostructure"
  • 発表場所: ホテル華乃湯（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2015-03-09 – 2015-03-10
• [学会発表] その場観察が明らかにするシリコンの結晶成長メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤原航三
  • 学会等名: 第142回結晶工学分科会研究会
  • 発表場所: キャンパスプラザ京都（京都市）
  • 年月日: 2015-02-05
  • 招待講演
• [学会発表] Siの固液界面不安定化に及ぼす双晶界面の影響 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原航三、小泉晴比古、野澤純、宇田聡
  • 学会等名: 第44回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 学習院創立百周年記念会館
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-08
• [学会発表] In situ observation of crystal/melt interface of SiGe (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mokhtari, K. Fujiwara, H. Koizumi, J. Nozawa, S. Uda
  • 学会等名: 第44回結晶成長国内会議
  • 発表場所: 学習院創立百周年記念会館
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-08
• [学会発表] In-situ observation of crystal/melt interface of SiGe (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Mokhtari, K. Fujiwara, H. Koizumi, J. Nozawa, S. Uda
  • 学会等名: 第38回結晶成長討論会
  • 発表場所: 公益財団法人大学セミナーハウス八王子セミナーハウス
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [備考] 藤原研究室
  • URL: http://www.xtalphys.imr.tohoku.ac.jp/
• [備考] 結晶物理学研究部門
  • URL: http://www.imr.tohoku.ac.jp/ja/org/research/02.html