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2019 年度 実績報告書

温度場の直接観察による固液界面ダイナミクスの解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H01336
研究機関東北大学

研究代表者

藤原 航三  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (70332517)

研究分担者 前田 健作  東北大学, 金属材料研究所, 助教 (40634564)
森戸 春彦  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (80463800)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード融液成長 / 固液界面 / その場観察
研究実績の概要

融液成長過程のその場観察装置を用いて、半導体(Si)、混晶半導体(SiGe)、化合物(GaSb)の融液成長メカニズムに関する研究を行い以下の成果が得られた。
1)Siの融液成長メカニズム:Si多結晶の固液界面における様々な現象を観察することに成功した。具体的には、{111}Σ3双晶粒界と小角粒界の反応に及ぼす小角粒界のミスオリエンテーションアングルの影響、固液界面不安定化に及ぼす結晶粒界の影響、Σ9粒界からの{112}Σ3粒界の形成機構、および、小角粒界の発展方向を明らかにした。さらに、固液界面不安定化の際の温度場を直接測定することに成功した。
2)SiGe混晶半導体の凝固過程:全率固溶体型のSiGe混晶半導体の凝固機構に及ぼす冷却速度の影響を明らかにした。急冷凝固過程において、初期デンドライトの再融解が生じることを明らかにした。
3)GaSbの融液成長メカニズム:化合物半導体GaSbの融液成長過程の観察に成功した。デンドライト成長過程を詳細に観察することに成功し、その成長メカニズムを明らかにした。また、GaSbの固液界面における双晶の形成により成長速度が変化することを実測した。固液界面における極性の違いが成長速度に影響を及ぼすことを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (24件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 3件、 査読あり 8件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] Institute for Crystal Growth (IKZ)(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Institute for Crystal Growth (IKZ)
  • [国際共同研究] Anna University(インド)

    • 国名
      インド
    • 外国機関名
      Anna University
  • [国際共同研究] 国立台湾大学(その他の国・地域)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      国立台湾大学
  • [雑誌論文] Effect of twin boundary formation on the growth rate of the GaSb{111} plane2020

    • 著者名/発表者名
      Keiji Shiga、Kensaku Maeda、Haruhiko Morito、Kozo Fujiwara
    • 雑誌名

      Acta Materialia

      巻: 185 ページ: 453~460

    • DOI

      10.1016/j.actamat.2019.12.028

    • 査読あり
  • [雑誌論文] In situ observation of the solidification interface and grain boundary development of two silicon seeds with simultaneous measurement of temperature profile and undercooling2020

    • 著者名/発表者名
      Victor Lau、Kensaku Maeda、Kozo Fujiwara、Chung-wen Lan
    • 雑誌名

      Journal of Crystal Growth

      巻: 532 ページ: 125428~125428

    • DOI

      10.1016/j.jcrysgro.2019.125428

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystallization and re-melting of Si1-xGex alloy semiconductor during rapid cooling2019

    • 著者名/発表者名
      M. Arivanandhan、G. Takakura、D. Sidharth、K. Maeda、K. Shiga、H. Morito、K. Fujiwara
    • 雑誌名

      Journal of Alloys and Compounds

      巻: 798 ページ: 493~499

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2019.05.220

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of misorientation angle of grain boundary on the interaction with Σ3 boundary at crystal/melt interface of multicrystalline silicon2019

    • 著者名/発表者名
      Lu-Chung Chuang、Kensaku Maeda、Haruhiko Morito、Keiji Shiga、Wolfram Miller、Kozo Fujiwara
    • 雑誌名

      Materialia

      巻: 7 ページ: 100357~100357

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2019.100357

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] The effect of grain boundaries on instability at the crystal/melt interface during the unidirectional growth of Si2019

    • 著者名/発表者名
      Kuan-Kan Hu、Kensaku Maeda、Keiji Shiga、Haruhiko Morito、Kozo Fujiwara
    • 雑誌名

      Materialia

      巻: 7 ページ: 100386~100386

    • DOI

      10.1016/j.mtla.2019.100386

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A {112}Σ3 grain boundary generated from the decomposition of a Σ9 grain boundary in multicrystalline silicon during directional solidification2019

    • 著者名/発表者名
      Lu-Chung Chuang、Kensaku Maeda、Keiji Shiga、Haruhiko Morito、Kozo Fujiwara
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 167 ページ: 46~50

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2019.03.037

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The in situ observation of faceted dendrite growth during the directional solidification of GaSb2019

    • 著者名/発表者名
      Keiji Shiga、Masato Kawano、Kensaku Maeda、Haruhiko Morito、Kozo Fujiwara
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 168 ページ: 56~60

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2019.04.022

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of interfacial structure on propagating direction of small-angle grain boundaries during directional solidification of multicrystalline silicon2019

    • 著者名/発表者名
      Lu-Chung Chuang、Takanori Kiguchi、Yumiko Kodama、Kensaku Maeda、Keiji Shiga、Haruhiko Morito、Kozo Fujiwara
    • 雑誌名

      Scripta Materialia

      巻: 172 ページ: 105~109

    • DOI

      10.1016/j.scriptamat.2019.07.018

    • 査読あり
  • [学会発表] In Situ Observation of Melt Growth Processes of Silicon2019

    • 著者名/発表者名
      Kozo Fujiwara
    • 学会等名
      2019Materials Research Society Fall Meeting & Exhibit(2019MRS-Fall)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] GaSb融液成長過程における成長度に及ぼす(111)極性影響2019

    • 著者名/発表者名
      志賀敬次, 前田健作, 森戸春彦, 藤原航三
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
  • [学会発表] Instability at grain boundary included crystal/melt interface during Si solidification2019

    • 著者名/発表者名
      胡寛侃, 前田健作, 志賀敬次, 森戸春彦, 藤原航三
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
  • [学会発表] Unsteady growth of grain boundary groove during solidification of multicrystalline silicon2019

    • 著者名/発表者名
      荘履中, 前田健作, 志賀敬次, 森 戸春彦, 藤原航三
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
  • [学会発表] 純Sbの融液成長における結晶-融液界面の不安定化におよぼす成長方位の影響2019

    • 著者名/発表者名
      吉澤拓哉, 志賀敬次, 前田健作, 森戸春彦, 藤原航三
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内会議(JCCG-48)
  • [学会発表] 四ホウ酸リチウムの双晶界面形成過程 の直接観察2019

    • 著者名/発表者名
      前田健作, 藤原航三, 宇田聡
    • 学会等名
      第48回結晶成長国内(JCCG-48)
  • [学会発表] On the growth behavior of the grooves at grain/grain/melt triple phase boundary during solidification of multicrystalline silicon2019

    • 著者名/発表者名
      荘履中、前田健作、志賀敬次、森戸春彦、藤原航三
    • 学会等名
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
  • [学会発表] The effect of grain boundaries on instability at the crystal/melt interface during the unidirectional growth of Si2019

    • 著者名/発表者名
      胡寛侃、前田健作、志賀敬次、森戸春彦、藤原 航三
    • 学会等名
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
  • [学会発表] GaSbのデンドライト成長速度と双晶界面間隔の関係2019

    • 著者名/発表者名
      志賀敬次、河野優人、前田健作、森戸春彦、藤原 航三
    • 学会等名
      日本金属学会2019年秋期(第165回)講演大会
  • [学会発表] In situ observation of dendrite growth in gallium antimonide2019

    • 著者名/発表者名
      K. Shiga, M. Kawano, K. Maeda, K. Fujiwara
    • 学会等名
      19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
    • 国際学会
  • [学会発表] GRAIN BOUNDARY EVOLUTIONS AND INTERACTIONS AT THE CRYSTAL/MELT INTERFACE OF SILICON DURING DIRECTIONAL SOLIDIFICATION2019

    • 著者名/発表者名
      L. Chuang, K. Maeda, K. Shiga, H. Morito, W. Miller, K. Fujiwara
    • 学会等名
      19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
    • 国際学会
  • [学会発表] THE EFFECT OF GRAIN BOUNDARIES ON INSTABILITY AT THE CRYSTALMELT INTERFACE DURING THE UNIDIRECTIONAL GROWTH OF SI2019

    • 著者名/発表者名
      K. Hu, K. Maeda, K. Shiga, H. Morito, K. Fujiwara
    • 学会等名
      19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
    • 国際学会
  • [学会発表] TWIN BOUNDARY FORMATION DEPENDING ON CRYSTAL/LIQUID INTERFACE MORPHOLOGY IN LITHIUM TETRABORATE2019

    • 著者名/発表者名
      K. Maeda, K. Fujiwara, S. Uda
    • 学会等名
      19th International Conference on Crystal Growth and Epitaxy (ICCGE-19)
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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