研究課題
基盤研究(C)
本申請研究は、平成15年から平成18年度までの計4年間に渡る採択研究課題となる。地上重力場においても宇宙環境同様、無対流下での無容器凝固が実現でき、併せて300K/s程度の速い冷却を可能とし、高過冷度状態でのSi融液からの核生成を検出できる申請者独自の手法となる新たなガスジェット型電磁浮遊炉を用いて、Si表面と微細組織生成に対する過冷度の効果及び球状単結晶Si創製に対し包括的に検討した。また、本研究においては、半導体Siと高周磁場との相互作用(表皮効果)を考慮し、バルク塊状高純度Si(99.999%Si)表面に、高い導電性を有する原子状BとCを蒸着させる独創的手法を提示し、加熱と溶融のみに電磁力を用い、浮遊と冷却全てを不活性ガスジェット流のみで可能とする申請者独自のプロセスを確立し、本新たな浮遊プロセスを用いたSi過冷融液からの核生成挙動、過冷度と結晶成長の関係解明及び球状単結晶Si創製に対しに実験と解析を行った。その結果、Si表面にB及びCを微量かつ均一に蒸着させた両試料共に、浮遊・溶融する新たなプロセスの妥当性が示された。さらに、Si過冷融液からの核生成に対する最大過冷度ΔTは、C蒸着Si試料で150K(冷却速度:250K/s)、B蒸着Siで200K(冷却速度:300K/s)程度の定量的かつ高いΔTが計測された。またB蒸着Siでは、低過冷度域(ΔT=30K)において表面はファセット成長を示すが、高過冷度域(ΔT=200K)ではデンドライト成長を示し、凝固後試料の構造解析(SEM、XRD)結果から、過冷度の増大により、結晶粒は微細化かつ球状形態を示し、さらに優先成長方位が大きく変化する結果も明確化でき、本申請研究が最大の視点かつ目的とした球状単結晶Si創製に対する新たなガスジェット浮遊電磁プロセスの有効性と定量的データ取得がなされたものと考える。
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Proc.of Third International Symposium on Physical Scence in Space 2007 3(in press)
Proc.of Third International Symposium on Physical Science in Space 2007 (inpress)
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