研究課題
溶液成長法による高品質シリコンカーバイドの高速育成の実現に向け、クロム、鉄などをシリコンに添加した溶媒の利用が検討されてきた。成長結晶の品質は年々向上しているが、結晶中への溶媒の取り込みの根絶に向けた指針は確立されていない。そこで本研究では、溶媒の取り込みの無い高品質結晶の実現を目指し、溶液の高温熱物性値の観点で調査を進めている。本年度は、熱物性の大きく異なる溶融シリコンと溶融シリコン―クロム合金を溶媒に用いて結晶成長を実施した。その結果、熱伝導率が大きく容易に組成的過冷を生じるシリコンでは、1750℃において成長結晶へのインクルージョンの発生により沿面成長が停止し、多結晶の成長モードへと移行した。一方、熱伝導率の小さなシリコン－クロム合金溶媒では、インクルージョンの発生量は減少し、成長結晶の一部に異種ポリタイプが混入するものの、沿面成長が維持されていた。熱流体シミュレーションの結果を加味すると、熱物性値の中でも特に溶液内の温度場への影響の大きい熱伝導率が小さいことが、インクルージョンの発生を抑制する上で重要であることがわかった。また、溶媒中のクロム濃度の増加に伴い、成長速度は増加し、一方で、異種ポリタイプの混入量が減少した。これは、溶媒中のクロム濃度を上げることにより、溶液中の炭素の過飽和度の過度な上昇を抑制できるためだと考えられる。さらに、育成結晶の低抵抗化に寄与する窒素の固溶量に及ぼす各種因子の影響を調査し、温度の低下および窒素分圧の上昇だけでなく、溶媒中のクロム濃度の増加も結晶中の窒素の固溶量の増加させることを明らかにした。よって、溶媒設計の上では、溶媒の熱物性値および炭素の溶解度を考慮するとともに、溶媒組成が育成結晶の物性に及ぼす影響を十分に検討することが重要であることがわかった。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
すべて 2020 2019
すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件)
Journal of Crystal Growth
巻: 541 ページ: 125658～125658
doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2020.125658
ISIJ International
巻: 60 ページ: 1～6
10.2355/isijinternational.ISIJINT-2019-511
巻: 518 ページ: 73～80
doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2019.04.022
