2023 年度研究成果報告書

「液体Si-固体Si変換」の追及による液体Siエンジニアリングの創出

研究課題

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研究課題/領域番号	20H02180
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分21050:電気電子材料工学関連
研究機関	山梨県立大学 (2023) 北陸先端科学技術大学院大学 (2020-2022)
研究代表者	増田貴史山梨県立大学, 地域人材養成センター, 特任教授 (70643138)
研究期間 (年度)	2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード	液体プロセス / シリコン半導体 / 液体Si
研究成果の概要	本研究は独自材料である「液体Si」を研究対象とし、電子線（EB）照射で進行する「液体Si→固体Si」変換の実証とその原理解明を目的とした。目的達成のため、研究では液相(LP)-電子線誘起堆積(EBID)装置を構築した。この装置を用いて液体Siに対しEB照射を行い、EB照射部において液体Si→非晶質/結晶Si変換が誘起されるのを実証した。得られた固体Si膜中の不純物濃度はEDX装置の検出限界以下であり、高純度な半導体Si膜であった。モンテカルロシミュレーションと密度反関数法を用いて相変換過程における反応活性種の同定や影響に対する洞察を得た。非加熱・非真空で半導体Si薄膜の直接描画を実証した。
自由記述の分野	半導体工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	申請者らが創出した「液体Si」とは、常温常圧で液体、脱水素化により固体Siとなる新物質である。液体Siを固体Si（半導体Si膜）に変換するためには従来400℃の熱を必要としていたが、本研究では非加熱・非真空でこの変換を達成した。更に直接パターニング技術およびドープSi膜の形成にも成功した。この意義は従来のSi工学では不可能とされてきた、非加熱・非真空でナノスケールの半導体Si膜の直接描画技術の確立にある。その学術的意義は、100年続く固体Si(ウェハ)や気体Si(シランガス)に立脚した従来のSi工学を、「液体」という未踏領域へ推し進めた点にある。