2017 Fiscal Year Annual Research Report
Preparation of composite comprising single crystals from eutectic melt for SiC epitaxial substrates
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16K14089
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
且井 宏和 東北大学, 金属材料研究所, 特任准教授 (70610202)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 共晶 / 炭化ケイ素 / 非酸化物 / 自己組織化 / 導電性 / 溶融凝固 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、SiCとホウ化物系の共晶融液から自己組織化をともなう凝固過程を利用して、高品質なSiCエピタキシャル成長のための新規導電性基材を創製することを目的とする。このために「SiCと非酸化物セラミックス群の共晶系融液凝固過程」と「SiCと整合性の高い共晶系単結晶/単結晶コンポジットの一方向凝固プロセス」を主要課題とした。これらの課題に対し、SiCと高融点非酸化物セラミックスの共晶融液からの特異組織の形成と結晶方位関係を制御した単結晶/単結晶コンポジットを作製し、広い展開力を持つ高温・導電性基材の創出を目指した。
SiCは高温で昇華するため単独で溶融しないが、平成28年度までに、導電性を持つ遷移金属基ホウ化物（CrB2やVB2）と複合化することでアーク溶解により溶融し、凝固過程で共晶組織を形成することを実験的に明らかにしてきた。この二相共晶コンポットでは組織サイズが数十から数100nmの微細な迷路状組織を形成し、凝固方向に対して結晶配向した。平成29年度は、これらのSiC-ホウ化物系混合粉末や仮焼体に対し、高強度レーザーを照射・走査することで融解し、一方向凝固組織を発現することを見出した。さらに、組成が溶融凝固挙動や微細組織に及ぼす影響を精査し、SiC過共晶組成では高い硬さを持つSiC基溶融凝固基材の合成に成功した。また、ZrNとZrB2などの導電性を持つ遷移金属基非酸化物でもSiCとの格子整合性の高い方位に一方向凝固することを明らかにし、高温・導電性エピタキシャル基材の材料選択性を拡充できることを示した。さらに、(Cr, V)B2固溶体もSiCと溶融凝固でき、一方向凝固組織を形成し、SiC共晶材の格子整合性を精緻に制御したSiCエピタキシャル基材を設計できることを示した。
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