電場・磁場を同時に用いた対流高精度制御半導体結晶成長法の創製

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350010
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 柿本 浩一 九州大学, 応用力学研究所, 教授 (90291509)
• 研究分担者: 石井 秀夫 九州大学, 応用力学研究所, 助手 (50038551) ; 橋本 良夫 九州大学, 応用力学研究所, 助教授 (80180842) ; 干川 圭吾 信州大学, 教育学部, 教授 (10231573)
• キーワード: バルク結晶成長 / 電磁場印加結晶成長 / シミュレーション

研究概要

電磁場印加半導体結晶成長法を用いて結晶育成する場合に必須な、総合伝熱解析モデルの構築、コード開発を行った。従来の研究では、2次元軸対称の炉の構造を仮定したモデルの構築がほとんどであった。本年度は、、氷平磁場印加法の解析が可能な3次元総合伝熱解析モデルの構築に成功した。特に、シリコンの結晶成長を対象としてプログラムコードの開発を行い、実際の実験結果と定量的にある解を得ることが可能となった。
具体的には、シミュレーション用の計算機のメモリー使用量を軽減するために、2次元と3次元の輻射問題の練成法に関して新しいアルゴリズムの提案をした。この新しいアルゴリズムを使用すれば、従来の3次元の総合伝熱解析で必要とされていた120ギガバイト以上のメモリー使用量を約30分の1の4ギガバイトの使用量で済むことを確認した。さらには、計算時間の短縮化が可能となった。実際120ギガバイトのメモリーを使用した計算は、スーパーコンピュータを使用した場合、待ち時間の関係から数ヶ月の計算時間が必要である。しかし、本研究で開発したコードを用いれば、数週間で解が得られる。
このアルゴリズムの開発のために、従来は、スーパーコンピュータのみでしか計算ができなかった3次元総合伝熱解析モデルが、ワークステーションレベルで取り扱うことが可能となった。本年度の研究の成果より、従来計算がほぼ不可能であった横磁場印加結晶育成法の流動伝熱解析が可能となった。

研究成果

• [文献書誌] Kakimoto K, Liu LJ: "Numerical study of the effects of cusp-shaped magnetic fields and thermal conductivity on the melt-crystal interface in CZ crystal growth"Crystal Growth Technology. 38. 716-725 (2003)
• [文献書誌] Kakimoto K, Konishi H, Tashiro A, et al.: "Stabilization of melt convection of lithium niobate using accelerated crucible rotation technique"J. Electrochem. Society. 150(5). J17-J22 (2003)
• [文献書誌] Kakimoto K, Tashiro A, Shinozaki T, et al.: "Mechanisms of heat and oxygen transfer in silicon melt in an electromagnetic Czochralski system"J.Crystal Growth. 243(1). 55-65 (2002)
• [文献書誌] Kakimoto K: "Effects of rotating magnetic fields on temperature and oxygen distributions in silicon melt"J.Crystal Growth. 237. 1785-1790 (2002)
• [文献書誌] Kakimoto K, Tashiro A, Ishii H, et al.: "Active control of melt convection of silicon by electromagnetic force under cusp-shaped magnetic fields"Material Science Semiconductor Processing. 5(4-5). 341-345 (2002)