| 研究課題/領域番号 |
13450001
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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 | 東北大学 |
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研究代表者 |
米永 一郎 東北大学, 金属材料研究所, 助教授 (20134041)
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| 研究分担者 |
進藤 太輔 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20154396)
後藤 孝 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (60125549)
阿部 孝夫 信越半導体, 半導体研究所, 研究主幹
櫻井 雅樹 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (80235225)
明石 孝也 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (20312647)
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| 研究期間 (年度) |
2001 – 2003
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| キーワード | ゲルマニウムシリコン / 固溶体 / 単結晶育成 / 基礎物性 / XAFS構浩解析 / 不純物 / 格子欠陥 / 熱電変換 |
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| 研究概要 |
ゲルマニウムシリコンはGeとSiの間で組成によってバンドギャップと格子定数を任意に制御できる全率固溶体である。本研究はその広範な応用へ向けて、高品質・低転位密度GeSi単結晶の育成技術の確立、育成GeSi単結晶の物性と構造の解明、転位欠陥の発生と運動及び抑制、熱電変換特性の解明、さらに各種の機能性素子としてのフユージィビリティスタディーを目的として実施した。
1.チョクラルスキー法により0から0.15までと0.735から1までの組成xで、直径30mm、長さ100mmのGe_<1-x>Si_x結晶を育成した。ネッキングと育成した結晶から切り出した種結晶を用いて、転位密度が10^2cm^<-2>の低転位密度の結晶を得た。またGeSi結晶の電気的特性を制御するためB、P、As等の電荷不純物、さらにSn、C、Fe、Bi、Ni等の不純物を最大濃度10^<20>cm^<-3>まで添加した結晶を育成した。また、それらの育成においては自動育成化を進めた。
2.結晶の原子局所構造が4配位完全ランダム配置であること、Ge-Ge、Si-Ge、Si-Siの各原子間結合距離は異なり組成に対して線形に変化する不完全Pauling型構造であることを決定した。さらに理論的に検証した。
3.育成結晶中には最大濃度10^<18>cm^<-3>の不純物酸素が固溶し、その酸素はSi-Si結合の原子間位置を優先的に占有することを得た。酸素を含まない結晶の育成法を開発した。
4.育成したGeSi固溶体の強度がGeやSiを凌駕し、かつ温度の上昇に伴う強度の低下がないことを見い出し、それが固溶体における転位の微視的な運動過程に起因する機構を明らかにした。
5.各種不純物を添加した結晶の熱伝導率、熱電能、電気伝導度、ホール移動度、電荷密度を定量化した。高温用ペルチェ熱電変換素子への実用化を進めている。
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