| 研究課題/領域番号 |
17K06059
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| 研究機関 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
池田 徹 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (40243894)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ミスフィット転位 / 分子静力学 / 分子動力学 / 異方性弾性論 / 双晶 / エピタキシャル成長薄膜 |
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| 研究実績の概要 |
分子静力学による解析について、前年度まではSi-Ge界面のミスフィット転位周りの応力場の解析を行って来たが、今年度は、SiGe-Siの界面についても解析を行い、この場合も弾性論による解析解と良い一致を示していることを確認した。SiGe-Siの格子定数の違いは、Si-Geに比べて小さく、比較的結晶膜の厚さを大きくできることがわかっている。そこで、SiGe膜の厚さを変化させた解析を行ったが、結晶膜が薄くなった時の応力場の違いは、ミスフィット転位が無い部分では低下したが、ミスフィット転位周りの応力場の低下については観測することができなかった。これは、ミスフィット転位では、弾性論による転位が無限大になるため、その低下を観測するには、特異場の強さの違いを示す、何らかのパラメーターを抽出する必要があると考えられる。
また、分子動力学によるSi-Ge界面の解析を行い、ミスフィット転位から双晶欠陥が発生するシミュレーションを行うことを試みたが、その様な欠陥の発生を観測するには至らなかった。
次に三次元異方性異種材接合角部の特異性応力場の解析については、機械的応力、熱応力、電気変位下にある圧電材料の解析が可能となり、二次元異方性異種材接合界面角部、二次元異方性異種材接合界面き裂とそのスカラーパラメーターと固有ベクトルが一致する解析を可能とした。このことにより、二次元の均質体中のき裂、二次元の異種材界面き裂、二次元の異種材界面角部と三次元の異種材接合角部のスカラーパラメーターが統一的に扱えるようになった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
分子静力学による解析について、前年度まではSi-Ge界面のミスフィット転位周りの応力場の解析を行って来たが、今年度は、SiGe-Siの界面についても解析を行い、この場合も弾性論による解析解と良い一致を示していることを確認した。SiGe-Siの格子定数の違いは、Si-Geに比べて小さく、比較的結晶膜の厚さを大きくできることがわかっている。そこで、SiGe膜の厚さを変化させた解析を行ったが、結晶膜が薄くなった時の応力場の違いは、ミスフィット転位が無い部分では低下したが、ミスフィット転位周りの応力場の低下については観測することができなかった。これは、ミスフィット転位では、弾性論による転位が無限大になるため、その低下を観測するには、特異場の強さの違いを示す、何らかのパラメーターを抽出する必要があると考えられる。今年度までに、結晶膜の厚さが変化した際のミスフィット転位周りの応力の低下を計算により求める予定であったが、まだ達成できていない。
また、分子動力学によるSi-Ge界面の解析を行い、ミスフィット転位から双晶欠陥が発生するシミュレーションを行うことを試みたが、その様な欠陥の発生を観測するには至らなかった点も、目標に達していない。
次に三次元異方性異種材接合角部の特異性応力場の解析については、機械的応力、熱応力、電気変位下にある圧電材料の解析が可能となり、二次元異方性異種材接合界面角部、二次元異方性異種材接合界面き裂とそのスカラーパラメーターと固有ベクトルが一致する解析を可能とした点は、予定通りである。
よって、全体として、予定よりは遅れているが、確実に目標に向かって前進していると評価できる。
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| 今後の研究の推進方策 |
分子静力学解析については、ミスフィット転位周りの特異性応力場の強さを示す破壊力学パラメーターの抽出を考え、その破壊力学パラメーターがSi-GeおよびSiGe-Siの界面において、Ge相、SiGe相が非常に薄くなったときに変化する様子を捉え、定量的にその特異応力場の変化を評価することを可能にしたい。
分子動力学については、どうして格子間距離の違いが大きなSi-Ge界面において、Ge相の厚さを厚くしても、転位の成長が発生しないかを検証し、その発生を捉えることを目指す。
最後に、三次元異方性異種材接合角部については、現在、スカラーパラメーターを解析することに成功しているが、さらに進めて、二次元問題と統一性のある応力拡大係数の定義を行い、三次元接合角部からの破壊発生の支配パラメーターを抽出することを目指す。また、異種材接合界面角部の応力拡大係数を異種材接合界面き裂の応力拡大係数に変換する方法を見出すことで、界面き裂の破壊靭性値から、異種材接合角部の破壊限界値を予測することを目指す。
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