1997 Fiscal Year Annual Research Report

微小重力場における化合物半導体単結晶育成時のマランゴニ対流現象機構の解明

Research Project

Project/Area Number	08650897
Research Institution	Waseda University
Principal Investigator	平田彰早稲田大学, 理工学部, 教授 (00063610)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	新船幸二日本学術振興会, 特別研究員桜井誠人日本学術振興会, 特別研究員常田聡早稲田大学, 理工学部, 専任講師 (30281645)
Keywords	マランゴニ対流 / 界面張力差駆動対流 / 微小重力環境 / 結晶成長 / 水平ブリッヂマン法 / 化合物半導体 / 偏析係数 / 数値解析
Research Abstract	本研究では,単結晶育成時における温度差と濃度差に起因するマランゴニ対流の相互干渉機構を厳密に解明し,それに基づいたマランゴニ対流の抑制・促進等の制御手法を確立し,単結晶の高品質化手法を確立することを目的として研究を行っている。本年度は,前年度に引き続き,半導体単結晶育成法の一つである水平ブリッヂマン法によりInSb結晶成長実験を行い,初期融液濃度を変化させることにより温度差および濃度差マランゴニ対流が同方向に作用する系(促進系)と,互いに逆方向に作用する系(抑制系)の融液自由界面上の界面流速を測定した。その結果,抑制系においては,自由界面流れの方向が,融液から結晶方向(温度差マランゴニ対流による)及び結晶から融液方向(濃度差マランゴニ対流による)が同時に存在し,流動の淀み点(2方向の流れが衝突する点)が存在する場合が有ることが明らかになった。これは,同時に行った数値シミュレーションからも同様の結果が得られた。さらに抑制系に関しては,航空機を利用した微小重力場においても実験を実施した。その際,放物飛行中の到達重力レベルを変化させ,自然対流が融液自由界面流れに及ぼす影響を観察した。その結果,本実験系においては,自然対流は表面流速にはほとんど影響を及ぼさないことが明らかになった。以上の結果から,結晶成長時の融液側移動現象は,自然対流よりも,結晶成長時の偏析現象に伴う濃度差マランゴニ対流に強く影響を受けることが明らかになった。

Research Products
(12 results)

All Other

All Publications (12 results)

[Publications] A.Hirata, K.Arafune et al.: "Numerical Simulation of Mixing of Semiconductor Melts" Bulletin of the Centre for Infomatics, Waseda Univ.21. 35-40 (1997)
[Publications] 平田彰, 新船幸二, 他: "マランゴニ対流現象の相互干渉作用" パラボリックフライト. 8(1). 27-33 (1997)
[Publications] 平田彰, 新船幸二, 他: "中国の回収衛星利用によるInGaSb混晶半導体の結晶成長(II)" 宇宙利用シンポジウム(第14回). 122-125 (1997)
[Publications] A.Hirata et al.: "Transition Process from Laminar to Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal and Micro Gravity" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 137-143 (1997)
[Publications] A.Hirata et al.: "Effect of Gravity on Marangoni Convection in a Liquid Bridge" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 130-136 (1997)
[Publications] A.Hirata et al.: "Experimental Results of Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal Gravity" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 122-129 (1997)
[Publications] 桜井誠人, 平田彰: "微小重力場における液柱内マランゴニ対流の薄膜温度センサを用いた局所的・瞬間的熱流束測定" 宇宙利用シンポジウム(第14回). 174-177 (1997)
[Publications] A.Hirata et al.: "Effect of Silicone Oil Liquid Bridge Volume on Oscillatory Thermocapillary Convection Feature under Normal Gravity and Microgravity Conditions" Proc. 3nd Microgravity Sci. & Tech. Sympo.26-30 (1997)
[Publications] M.Sakurai and A.Hirata: "Measuring the Difference of Heat Flux between lg and μg by Thin Film Resistance Thermometer for Marangoni Convection in a Liquid Bridge-Drop shaft Experiments-" Proc. 48th International Astronautical Congress. 1-7 (1997)
[Publications] A.Hirata et al.: "Dissolution and Growth of Multicomponent Semiconductors using a Chinese RecoverableSatellite" Proc. 21st International Symposium on Space Technology and Science. (in press).
[Publications] K.Okitsu et al.: "Melt Mixing of the 0.3In/0.7GaSb/0.3Sb Solid Combination by Diffusion under Microgravity" Jpn. J. Appl. Phys.36. 3613-3619 (1997)
[Publications] Y.Okano et al.: "Numerical and Experimental Study on Marangoni Convection in a Floating Zone under Microgravity Field" Advances in Computational Engineering Science. 232-237 (1997)

1997 Fiscal Year Annual Research Report

微小重力場における化合物半導体単結晶育成時のマランゴニ対流現象機構の解明

Principal Investigator

平田 彰 早稲田大学, 理工学部, 教授 (00063610)

Research Products

[Publications] A.Hirata, K.Arafune et al.: "Numerical Simulation of Mixing of Semiconductor Melts" Bulletin of the Centre for Infomatics, Waseda Univ.21. 35-40 (1997)

[Publications] 平田彰, 新船幸二, 他: "マランゴニ対流現象の相互干渉作用" パラボリックフライト. 8(1). 27-33 (1997)

[Publications] 平田彰, 新船幸二, 他: "中国の回収衛星利用によるInGaSb混晶半導体の結晶成長(II)" 宇宙利用シンポジウム(第14回). 122-125 (1997)

[Publications] A.Hirata et al.: "Transition Process from Laminar to Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal and Micro Gravity" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 137-143 (1997)

[Publications] A.Hirata et al.: "Effect of Gravity on Marangoni Convection in a Liquid Bridge" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 130-136 (1997)

[Publications] A.Hirata et al.: "Experimental Results of Oscillatory Marangoni Convection in a Liquid Bridge under Normal Gravity" J. Jpn. Soc. Microgravity Appl.14(2). 122-129 (1997)

[Publications] 桜井誠人, 平田彰: "微小重力場における液柱内マランゴニ対流の薄膜温度センサを用いた局所的・瞬間的熱流束測定" 宇宙利用シンポジウム(第14回). 174-177 (1997)

[Publications] A.Hirata et al.: "Effect of Silicone Oil Liquid Bridge Volume on Oscillatory Thermocapillary Convection Feature under Normal Gravity and Microgravity Conditions" Proc. 3nd Microgravity Sci. & Tech. Sympo.26-30 (1997)

[Publications] M.Sakurai and A.Hirata: "Measuring the Difference of Heat Flux between lg and μg by Thin Film Resistance Thermometer for Marangoni Convection in a Liquid Bridge-Drop shaft Experiments-" Proc. 48th International Astronautical Congress. 1-7 (1997)

[Publications] A.Hirata et al.: "Dissolution and Growth of Multicomponent Semiconductors using a Chinese RecoverableSatellite" Proc. 21st International Symposium on Space Technology and Science. (in press).

[Publications] K.Okitsu et al.: "Melt Mixing of the 0.3In/0.7GaSb/0.3Sb Solid Combination by Diffusion under Microgravity" Jpn. J. Appl. Phys.36. 3613-3619 (1997)

[Publications] Y.Okano et al.: "Numerical and Experimental Study on Marangoni Convection in a Floating Zone under Microgravity Field" Advances in Computational Engineering Science. 232-237 (1997)

平田彰早稲田大学, 理工学部, 教授 (00063610)