統合化計算化学手法による高信頼性材料創製プロセスのコンビナトリアル的最適化

使用集成计算化学方法组合优化高度可靠的材料制造过程

• 批准号: 13025207
• 负责人: 宮本 明
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13025207/
• 关键词: 統合計算化学手法; 高信頼性; 材料創製プロセス; コンビナトリアル; 最適化; ケミカルメカニカルポリッシング; プラズマプロセス; ケミカル汚染

世界に先んじた次世代IT技術を創造するため、次世代高機能、超高速デバイスの創製を目標とした基盤技術の確立が求められている。一方、最近では計算化学が半導体のバンド構造やスピン状態の解明など先端デバイス材料へ応用され大きな成果をあげている。しかし、それらは既に構造や特性が実験的に明らかにされている材料の電子・原子レベルでの理解に限られ、新材料探索や材料創製プロセスの最適化といった実際のデバイス開発に役に立つ理論設計は程遠い。それに対し、研究代表者らは「コンビナトリアル計算化学」という新しい概念を提案し、実質的に役に立つ計算化学による材料設計を行ってきた。本プロジェクトでは、研究代表者らが今までに構築してきた数多くのプログラム群を応用し高信頼性材料のためのプロセス最適化をコンビナトリアル的に行う。半導体の表面平坦化技術として重要なケミカルメカニカルポリッシング(CMP)プロセスは化学反応と機械的研磨過程の両方をシミュレーションすることが必須であるため、そのためのシミュレータは開発されていなかった。本研究では、オリジナルに考案した高速化量子分子動力学法を基礎にCMPプロセスのためのシミュレーションシステムを世界に先駆けて開発することに成功した。さらに、Siプラズマプロセスのためのシミュレータを開発することにも成功し、Si表面上での化学反応ダイナミックスを解明した。また、Si表面のケミカル汚染物質についてコンビナトリアル的に検討を行い、その吸着特性などを明らかにした。それらの結果は、実験結果と非常によい一致をした。

为了创造领先于世界的下一代IT技术，需要建立以创造下一代高性能、超高速设备为目标的基础技术。另一方面，最近，计算化学已应用于先进器件材料，例如阐明半导体的能带结构和自旋态，并取得了很大的成果。然而，这些方法仅限于在电子和原子水平上理解其结构和性能已经通过实验阐明的材料，并且对实际器件开发有用的理论设计（例如寻找新材料和优化材料创建过程）受到限制。相距甚远。为此，研究人员提出了一个名为“组合计算化学”的新概念，并一直在利用实际有用的计算化学进行材料设计。在这个项目中，研究代表将应用他们迄今为止构建的大量程序来对高可靠材料进行组合工艺优化。化学机械抛光（CMP）工艺是半导体重要的表面平坦化技术，需要同时模拟化学反应和机械抛光过程，因此尚未开发针对该工艺的模拟器。在这项研究中，我们基于独创的高速量子分子动力学方法，成功开发了世界上第一个 CMP 工艺模拟系统。此外，我们成功开发了硅等离子体过程模拟器，并阐明了硅表面的化学反应动力学。我们还对硅表面的化学污染物进行了组合研究，并阐明了它们的吸附特性。这些结果与实验结果非常吻合。

项目成果

Y.Inaba et al.: "Computational Chemistry Study on Crystal Growth Process of InGaN/GaN"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 2991-2995 (2001)

Y.Inaba等：“InGaN/GaN晶体生长过程的计算化学研究”日本应用物理学杂志。

H.Zhou et al.: "Quantum Chemical Calculations of Sulfur Doping Reactions in Diamondo CVD"Japanese Journal of Applied Physics. 40. 2830-2832 (2001)

H.Zhou 等人：“Diamondo CVD 中硫掺杂反应的量子化学计算”日本应用物理学杂志。

T.Yokosuka et al.: "Development of New Tight-Binding Molecular Dynamics Program to simulate chemical-Mechanical Polishing Process"Japanese Journal of Applied Physics. (印刷中).

T. Yokosuka 等人：“模拟化学机械抛光过程的新紧束缚分子动力学程序的开发”日本应用物理学杂志（正在出版）。

H.Tamura et al.: "Effects of S and O on the Growth of CVD Diamond(100) Surface"The Journal of Chemical Physics. 115. 5284-5291 (2001)

H.Tamura 等人：“S 和 O 对 CVD 金刚石（100）表面生长的影响”化学物理杂志。