| 研究課題/領域番号 |
11694144
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 研究分野 |
応用物性・結晶工学
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| 研究機関 | 静岡大学 |
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研究代表者 |
熊川 征司 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (30022130)
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| 研究分担者 |
早川 泰弘 静岡大学, 電子工学研究所, 助教授 (00115453)
山口 十六夫 静岡大学, 電子工学研究所, 教授 (40010938)
平田 彰 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00063610)
小澤 哲夫 静岡理工科大学, 理工学部, 助教授 (90247578)
岡野 泰則 静岡大学, 工学部, 助教授 (90204007)
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| 研究期間 (年度) |
1999 – 2001
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| キーワード | 微小重力環境 / 化合物半導体 / ガリウム アンチモン / インディウム アンチモン / インディウム ガリウム アンチモン / 一方向凝固法 / 落下塔実験 / 数値解析 |
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| 研究概要 |
地上では得られない標準・基準物質としての超高品質III-V族半導体単結晶の成長実験を宇宙ステーションで遂行するための地上予備実験と数値解析を行った。
1.中国回収衛星内の微小重力環境下では、溶解領域内のGa濃度分布は結晶径方向にほぼ均一であった。また、固液界面形状は結晶径方向にほぼ平坦であった。地上の重力場では、溶解領域内の上部に密度の小さなGaSb高濃度領域、下部に密度の大きなInSb高濃度領域が存在し、径方向に大きな濃度差が生じていた。従って、溶液内は濃度差起因による自然対流が支配的であった。
2.落下塔を利用して、自由空間のある試料で、InGaSb結晶が成長する様子を高速ビデオでその場観察した結果、半球の結晶が成長することや、温度が低下するにつれて、In組成比の高い突起物が形成されることが明らかとなった。
3.航空機実験を利用した微小重力実験試料には大きな針状結晶が存在しているのに対して、地上実験試料の方には非常に小さな針状結晶が多数存在していることが分かった。微小重力環境下では地上に比べて熱対流が小さくなるために熱輸送が小さくなり、初期に形成された針状結晶に対して周囲の融液からの原料の供給が続いて、結晶がさらに成長するためであると考えられる。
4.均一組成比のInGaSb結晶成長条件を調べるために、GaSb/InSb/GaSbサンドイッチ構造試料を用いて一方向性凝固法による地上実験を行った。重力に対して、平行配置、垂直配置および傾斜配置の電気炉内で実験を行い、重力方向が溶解と成長に及ぼす効果を調べた。その結果(1)垂直配置では固液界面形状は重力方向に対し、垂直になるが、傾斜型配置と水平配置の場合には、固液界面形状が重力方向に末広がりの形状になること、(2)In組成比の均一な領域は、垂直配置と傾斜配置で約6mm得られた。
5.In組成比の均一領域を長くするための最適条件は、種結晶温度648℃、昇温速度20℃/min、保持時間20時間、冷却速度0.5℃/min、電気炉の温度勾配を10℃/cmであった。
6.マランゴニ対流の有無や重力レベルの関数として溶液内の対流、温度分布、濃度分布を数値解析した。本実験系では、重力レベルが10^<-5>G以下になれば、拡散律速で物質が輸送されることが示された。また、マランゴニ対流がある場合固液界面形状が凹状になること、重力変動の周波数が低い程溶液対流、濃度分布への影響が大きいことがわかった。
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