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2023 年度 実績報告書

Ni-Al合金融液を用いた新規AlNバルク単結晶作製技術の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H02633
研究機関東北大学

研究代表者

安達 正芳  東北大学, 多元物質科学研究所, 講師 (90598913)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワード結晶成長 / 液相成長
研究実績の概要

現代社会において電力エネルギーの消費は増大の一途をたどっており、その輸送過程での電力変換技術を担うワイドギャップパワーデバイスが重要となっている。ワイドギャップ半導体の広いバンドギャップと大きい絶縁破壊電界により、低損失・高温で動作するデバイスを作製することが可能となる。現在、SiCやGaNを用いたデバイスが開発されており、一部では実用化もされているが、さらなる高い変換効率を目指すならば、GaNに比べて1.8倍のバンドギャップと3.6倍の絶縁破壊電界を有するAlNがパワーデバイスの材料として最適である。本研究では、AlNバルク単結晶の大量生産技術の開発を目指し、Ni-Alフラックスを用いた新たな液相成長法の研究を行う。本研究では、液相成長のフラックスとしてNi-Al合金を用いる。NiとAlは高い融点を有するNiAl化合物を形成する系であることからもわかるように、親和性の高い合金であり、Ni-Al中のAlの活量は低い。そのため、温度、フラックス組成、雰囲気窒素分圧を適切に選択することにより、結晶成長の駆動力を平衡に近い状態で制御することができる。
昨年度までの研究を元にNi-Alフラックスを用いたAlN成長を試行錯誤したが、種結晶上に1マイクロメートル毎時を超える速度でのAlN成長を実現できなかった。これらの実験結果を元に、結晶成長のメカニズムを熱力学的に再検討し、Fe-Cr合金を用いたAlNの結晶成長を考案し、SUS430合金を用いてAlN成長を試みた。その結果、成長厚さに大きな不均一性があるものの、最も厚く成長した箇所では、50マイクロメートル毎時の速度でのAlNの結晶成長に成功した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Synthesis of AlN single crystal by solution growth method using type 430 ferritic stainless steel flux2023

    • 著者名/発表者名
      Sen Li, Masayoshi Adachi, Makoto Ohtsuka, Hiroyuki Fukuyama
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 13 ページ: 085105-1-5

    • DOI

      10.1063/5.0161962

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 溶融Fe-Cr-Ni合金を用いた溶液成長法によるAlN結晶成長に及ぼす冷却速度の影響2024

    • 著者名/発表者名
      大塚 誠, 新野田 剛, 安達 正芳, 福山 博之
    • 学会等名
      日本金属学会2024年春期(第174回)講演大会
  • [学会発表] 溶融Fe-Cr-Ni合金を用いた溶液成長法におけるAlN結晶の成長形態に及ぼす温度の影響2024

    • 著者名/発表者名
      新野田 剛, 安達 正芳, 大塚 誠, 福山 博之
    • 学会等名
      日本金属学会2024年春期(第174回)講演大会
  • [学会発表] 溶融Fe-Cr-Ni合金におけるAlN溶解度積の熱力学的検討2023

    • 著者名/発表者名
      新野田 剛, 安達 正芳, 大塚 誠, 福山 博之
    • 学会等名
      日本金属学会2023年秋期(第173回)講演大会
  • [学会発表] Solution Growth of AlN single crystal in Fe-Cr flux2023

    • 著者名/発表者名
      李 森, 安達 正芳, 大塚 誠, 福山 博之
    • 学会等名
      日本金属学会2023年秋期(第173回)講演大会
  • [学会発表] Fabrication of AlN Single Crystal by Solution Growth Method using Ferritic Stainless Steel Flux2023

    • 著者名/発表者名
      Sen LI, Masayoshi Adachi, Makoto Ohtsuka, Hiroyuki Fukuyama
    • 学会等名
      The 14th International Conference on Nitride Semiconductors
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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