その場観察法による過冷却度の制御および過冷却シリコン融液からの結晶成長機構の解明

原位观察法控制过冷度及阐明过冷硅熔体晶体生长机制

基本信息

批准号：
13750646
负责人：
藤原航三
金额：
$ 0.38万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的:太陽電池用の多結晶シリコンは融液成長により作製されているが、その成長機構はあまり理解されていない。本研究では、1500℃までの範囲で温度制御できる小型炉と顕微鏡を組み合わせた、融液成長過程その場観察装置を新たに作製した。本装置を用いてシリコンの融液成長過程を直接観察し、成長機構を明らかにした。結果:まず、方位が既知の種結晶を用いて成長界面形状の成長方位依存性を調べた。(111)種結晶を用いた場合、成長界面はフラットであるが、(100)種結晶では、成長界面にファセットが形成した。次にこの二種類の種結晶を並列に配置し、両方の種結晶から同時に成長を行った。冷却速度が5℃/minと遅い場合、それぞれの方位から成長した結晶粒の成長速度は同程度であった。一方、冷却速度を100℃/minと速くした場合、(100)から成長した結晶粒の方が約1.3倍成長速度が速かった。このような成長の場合、成長速度が速い結晶粒が成長に伴い遅い結晶粒を覆うように、成長方向と垂直方向にも成長する過程が観察された。つまり、冷却速度が速い場合、融液の過冷却度が大きくなり、結晶方位による成長速度の差が顕著になる。従って、結晶成長過程において競争的結晶粒成長が起こることが明かとなった。また、種結晶を用いずに速い速度で冷却した場合、不安定な成長界面の突起部から急激に成長する異常成長が観察された。まとめ:シリコンンの融液成長過程の直接観察に成功した。シリコンの融液成長において、融液の過冷却が大きくなると結晶方位による成長速度の差が大きくなり、成長の速い結晶粒が成長の遅い結晶粒を覆うように成長する競争的結晶粒成長が起こる。このことは多結晶シリコンの方位制御技術に利用できる知見である。

本研究目的：太阳能电池用多晶硅是通过熔融生长生产的，但其生长机制尚不清楚。在这项研究中，我们创造了一种新型的熔体生长过程原位观察装置，该装置结合了一个可以控制温度高达1500℃的小炉子和一台显微镜。利用该装置，我们直接观察了硅熔体的生长过程并阐明了生长机理。结果：首先，我们使用已知取向的籽晶研究了生长界面形状对生长取向的依赖性。当使用(111)晶种时，生长界面是平坦的，但当使用(100)晶种时，在生长界面处形成小平面。接下来，将这两种晶种平行放置，并从两种晶种同时进行生长。当冷却速率慢至 5°C/min 时，从各个方向生长的晶粒的生长速率相当。另一方面，当冷却速度增加到100℃/分钟时，从(100)生长的晶粒的生长速度大约快1.3倍。在这种生长的情况下，观察到生长较快的晶粒也在与生长方向垂直的方向上生长以覆盖生长较慢的晶粒的过程。换言之，当冷却速度快时，熔体的过冷度增加，并且取决于晶体取向的生长速度的差异变得显着。因此，很明显，在晶体生长过程中会发生竞争性晶粒生长。此外，当在不使用晶种的情况下以高速率进行冷却时，观察到异常生长，其中从不稳定的生长界面处的突起发生快速生长。摘要：我们成功地直接观察了硅熔体生长过程。在硅熔体生长中，随着熔体过冷度的增加，由于晶体取向而导致的生长速率差异增加，导致竞争性晶粒生长，其中生长较快的晶粒生长覆盖生长较慢的晶粒。这是可用于多晶硅取向控制技术的知识。