その場観察法による各種半導体材料の固液界面不安定化現象の解明と高温物性値の決定

利用原位观察方法阐明各种半导体材料的固液界面失稳现象并确定高温物理性能

• 批准号: 21H04658
• 负责人: 藤原 航三
• 金额: $ 27.29万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04658/
• 关键词: 固液界面; 半導体; 融液成長; その場観察; 結晶粒界; ファセット

純Sbおよび混晶半導体BixSb1-xの固液界面不安定化現象の直接観察実験を行った。三方晶系の結晶構造を有する純Sbにおいては、固液界面不安定化が生じる臨界成長速度の異方性が大きいことが明らかとなった。c軸と垂直な方向の固液界面においては、不安定化が生じる臨界成長速度がc軸と平行な方向の固液界面に比べて約1.7倍大きくなることが分かった。この原因として、熱伝導率の異方性の影響が大きいことが示唆された。また、Sbリッチ側のBixSb1-xの固液界面不安定化過程を直接観察することに成功した。不安定化後にBiリッチな融液がセル状固液界面の谷部分に局所偏析することにより再融解することが明らかとなった。さらに、化合物半導体InSbの固液界面観察実験にも着手した。面方位を制御した種結晶からの一方向凝固実験を行うために、炉内温度勾配等の実験条件について検討を行った。所望の面方位を有する固液界面を観察するための条件出しが終了した。今後、所望の面方位を有する固液界面における不安定化現象の観察実験を行う。純Siにおける成長速度の異方性を明らかにする実験も行い、｛110｝固液界面の成長速度が｛111｝固液界面の成長速度より大きいことを実験的に初めて示した。さらに、新規に導入した結晶成長装置を用いて、化合物半導体CdTeのバルク結晶成長実験を行い、2インチφのCdTeバルク多結晶が得られた。現在、一方向凝固に伴う多結晶組織の変化について解析中である。

对纯Sb和混晶半导体BixSb1-x中的固液界面失稳现象进行了直接观察实验。研究表明，具有三方晶体结构的纯Sb在固液界面变得不稳定的临界生长速率方面具有大的各向异性。发现在垂直于c轴的方向上的固液界面处发生失稳的临界生长速率比在平行于c轴的方向上的固液界面处发生失稳的临界生长速率高约1.7倍。有人认为这主要是由于导热率的各向异性造成的。我们还成功地直接观察到了富Sb侧BixSb1-x固液界面的失稳过程。结果表明，失稳后，富铋熔体由于细胞固液界面谷部的局部偏析而重熔。此外，我们还开始了观察化合物半导体InSb固液界面的实验。为了对面取向受控的籽晶进行单向凝固实验，我们研究了炉内温度梯度等实验条件。观察具有所需面取向的固液界面的条件已经完成。未来，我们将进行实验来观察具有所需平面方向的固液界面处的失稳现象。我们还通过实验阐明了纯硅中生长速率的各向异性，并首次通过实验证明了{110}固液界面的生长速率大于{111}固液界面的生长速率。此外，利用新引进的晶体生长装置，进行了化合物半导体CdTe块状晶体生长实验，获得了直径为2英寸的CdTe块状多晶。我们目前正在分析单向凝固引起的多晶结构的变化。

项目成果

Twin boundary formation at a grain-boundary groove during the directional solidification of InSb

InSb定向凝固过程中晶界槽处孪晶界的形成

• DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2021.126403
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Crystal Growth
• 影响因子: 1.8
• 作者: Keiji Shiga;AtsukoTakahashi;Lu-Chung Chuang;Kensaku Maeda;Haruhiko Morito;Kozo Fujiwara
• 通讯作者: Kozo Fujiwara

Dynamics at the crystal melt interface during the directional solidification of mc Si

多晶硅定向凝固过程中晶体熔体界面的动力学

• 发表时间: 2022
• 作者: Marta Villa de Toro Sanchez;K. M. Kojima;M. Shoji;M. Miyahara;M. Tanaka;R. Honda;T. Ishida;Alexandre Lira Foggiatto，國井創大郎，三俣千春，小嗣真人;湯川博;K. Sasaki;田村怜央，関亜美，千田太詩，新堀雄一;Kozo Fujiwara
• 通讯作者: Kozo Fujiwara

Instability of crystal/melt interface of Si and Si1-xGex

Si 和 Si1-xGex 晶体/熔体界面的不稳定性

• 发表时间: 2023
• 作者: 岡﨑宏之;出崎亮;越川博;松村大樹;山本春也;八巻徹也;Kozo Fujiwara
• 通讯作者: Kozo Fujiwara

In-situ observation of crystal/melt interface morphology during directional solidification of semiconductor materials

半导体材料定向凝固过程中晶体/熔体界面形貌的原位观察

• 发表时间: 2023
• 作者: Izuru Ohki;Kohki Morita;Norikazu Mizuochi;Kozo Fujiwara
• 通讯作者: Kozo Fujiwara

Iterface kinetics at {100}, {110}, and {111} silicon planes during melt-growth process

熔融生长过程中{100}、{110}和{111}硅面的界面动力学

• 发表时间: 2023
• 作者: Shashank Shekar Mishra;Lu-Chung Chuang;Jun Nozawa;Kensaku Maeda;Haruhiko Morito;Kozo Fujiwara
• 通讯作者: Kozo Fujiwara