| 研究課題/領域番号 |
01850050
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| 研究種目 |
試験研究
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
尾添 紘之 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (10033242)
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| 研究分担者 |
小竹 進 東京大学, 工学部, 教授 (30013642)
藤井 哲 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (20038574)
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| キーワード | 単結晶引上げ / 熱プロセス / 液晶 / 鉛直磁場 / 自然対流 / ハルトマン数 / チョクラルスキ-法 |
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| 研究概要 |
チョクラルスキ-単結晶引上げ精製法において製品である単結晶棒の品質はその純度、半導体としての混入物質の濃度分布等に融液の流動状態が大きく作用することが知られているが、液固相変化過程においてそれがどのような影響をなすのか明らかでない点が多いのが実状である。本研究においては単結晶製造プロセスの基本的特性を学問的レベルにおいて把握し、この改善を目指して種々の試験的試みを行おうとするものである。高温融液内の対流状態の観察は極めて困難であるので、まず、シリコンオイルを使い、これを高さ10cm、直径10cmのアクリル円筒容器に入れ、外部より加熱し、液上面に回転する低温円筒を置き、液の流動状態の観察を行った。シリコンオイル中には流れと温度の可視化のために液晶微粒子を混入した。この結果、全体の流動形態は無次元数のGr/Re^2によって支配され、この値が大きい時は、低温円筒下部に周期的下降流が生じ、この値がある臨界値より小さい時は、低温円筒に向かって上昇する周期的上昇流が生じることが初めて明らかとなった。一方、このような流れ場を理論的に解析することを目指して、軸対称円筒場内に低プラントル数流体が流れ、かつ軸方向に鉛直磁場が作用する際の準三次元数値解析を行った。その結果、Gr/Re^2の値によって、自然対流支配、強制対流支配、その中間という三種の流動形態が、磁場が強くなるに従って、流れが抑制され、平均ヌセルト数は、ハルトマン数Ha=1000において、1.03〜1.07にまで低下していったが、自然対流支配のGr/Re^2=18.5の時はNu=1.74という値を保持した。また磁場が強くなると固液界面の局所ヌセルト数の分布は一様に近付いた。また単結晶引上げ装置を購入し、これの運転を行っており、来年度に本格的な実験が行えることを期待している。
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