Growth of high-quality thin film and performance improvement of next generation high thermal conductivity material BAs

下一代高导热材料BA的高质量薄膜生长和性能改进

基本信息

批准号：
21H01797
负责人：
生田博志
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01797/
关键词：
硼化砒素 BAs 高熱伝導率薄膜砒化ホウ素

项目摘要

近年の電子素子の高密度化に伴う発熱密度の急上昇は、素子性能の制約要因として大きな問題となっている。効率的な排熱には熱伝導率の高い材料が必要であり、BAsが注目されている。しかし、この系の結晶成長は容易でなく、小さな結晶しか得られていない。また、素子応用には薄膜化が必須である。そこで、分子線エピタキシー(MBE)法による薄膜成長に取り組んだ。昨年度後半より膜質向上を目的に成膜温度を上げたが、As再蒸発が問題となっていた。今年度は成膜条件をさらに広げ、MgF2基板では他の基板より高温まで薄膜中にAsが残留することが分かったものの、調べた範囲内では相形成が見られなかった。そこで、Asを同族元素のSbで置き換えたBSbの成長も試みた。BSbは文献で薄膜成長例があり、BAs成膜の手掛かりが得られるものと期待した。その結果、文献と同様の薄膜が得られたことをX線回折などで確認した。しかし、この薄膜を詳細に調べると形成相はBSbではなく、文献のX線ピーク同定に誤りがあることが分かった。したがって、As同様にSbが再蒸発していると考えられる。一方、成長様式の手掛かりを得るために、第一原理計算によりBAs (111)面への原料原子の吸着過程を調べ、As供給量が高い条件ではAsが層状に吸着し、結晶成長する可能性があることが分かった。これらのことから、As再蒸発の抑制が非常に重要であることが分かる。そこで、低温成膜後に薄膜を熱処理することでBAs相の形成を試みた。まず2枚の薄膜を対向させて熱処理したが、Asの再蒸発は抑制できないことが分かった。そこで薄膜をBで被覆して熱処理を行ったところ、Asの再蒸発をかなり抑制できることが分かった。BAsの相形成には至っていないが、今後、Bキャップ層を厚くすることや、より高温、もしくはより長時間の熱処理によりBAsが形成される可能性があることが分かった。

近年来电子设备密度增加引起的热量产生密度的突然增加已成为对设备性能的限制的一个主要问题。有效的热量散热需要具有高热导率的材料，而BAS引起了人们的注意。但是，该系统的晶体生长并不容易，只能获得小晶体。此外，稀疏对于设备应用至关重要。因此，我们使用分子束外延（MBE）方法研究了薄膜的生长。自去年下半年以来，膜形成温度已被提高以提高膜质量，但是随着重新蒸发已成为问题。今年，膜的形成条件得到了进一步扩展，尽管发现薄膜中的温度仍然比MGF2底物上的其他底物高的温度更高，但在研究的范围内未观察到相位的形成。因此，我们还尝试生长BSB，该BSB替换为同源元素SB。文献中有BSB增长的案例，我们希望可以提供BASSED的线索。结果，通过X射线衍射（X射线衍射）证实了这是获得与文献相似的薄膜。但是，当我们详细研究这种薄膜时，发现形成的相并非BSB，并且在文献中识别X射线峰存在错误。因此，据信SB已重新蒸发，类似于As。另一方面，为了获得有关生长模式的线索，我们使用第一原理计算研究了BAS（111）表面上的原材料原子的吸附过程，并发现随着层次的吸附方式，可能会在高水平供应的条件下导致晶体生长。这些发现表明，抑制作为重新蒸发非常重要。因此，在低温膜形成后，对薄膜进行热处理以形成BAS相。首先，将两部薄膜彼此相对处理，但发现重新蒸发不可抑制。因此，当将薄膜涂有B并进行热处理时，发现AS的重新蒸发可以被显着抑制。尽管尚未形成BAS相，但已经发现，将来，BAS可能会通过增厚B-cap层或在较高温度或更长的时间内形成BAS。

项目成果

期刊论文数量（1）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Surface Stability of reconstructions on BAs (111) surface: An Ab Initio-Based Approach (BAs(111)表面における各種再構成構造の安定性の第一原理計算)

BAs (111) 表面上重建的表面稳定性：An Ab Initio-Based Approach（BAs(111) 表面上各种重建结构稳定性的第一性原理计算）

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Peiyang Cai;Toru Akiyama;Tomomasa Kiyozawa;Takafumi Hatano;Shunta Harada;Miho Tagawa;Hiroshi Ikuta;Toru Ujihara (蔡沛陽、秋山亨、清澤知正、畑野敬史、原田俊太、田川美穂、生田博志、宇治原徹)
通讯作者：
Toru Ujihara (蔡沛陽、秋山亨、清澤知正、畑野敬史、原田俊太、田川美穂、生田博志、宇治原徹)