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。

这项研究的目标：太阳能电池的多晶硅是通过熔体生长制造的，但其生长的生长机制尚不清楚。在这项研究中，我们制造了一种新的原位观测装置，以融化生长，结合了一个可以控制高达1500°C的温度和显微镜的小炉子。使用此设备，直接观察到硅的生长过程以阐明生长机制。结果：首先，使用具有已知取向的种子晶体研究了生长界面形状的生长取向依赖性。当使用（111）种子晶体时，生长界面是平坦的，但在（100）种子晶体方面形成在生长界面。然后将两种类型的种子晶体平行排列并同时从两个种子晶体生长。当冷却速率在5°C/min的速度缓慢时，每个方向生长的谷物的生长速率大致相同。另一方面，当冷却速率增加到100°C/min时，（100）生长的晶粒的生长速率约为1.3倍。在这种情况下，观察到一个过程，即具有快速生长速率的晶粒也沿垂直于生长方向的方向增长，从而使它们随着生长的生长而覆盖较慢的晶体。也就是说，当冷却速率高时，熔体的过冷度增加，并且由于晶体取向引起的生长速率差异变得明显。因此，已经揭示了在晶体生长过程中发生竞争性晶粒的生长。此外，当种子晶体在不使用种子晶体的情况下以快速速度冷却时，异常生长会从不稳定生长界面的突起中迅速生长。摘要：我们已经成功地直接观察了硅的熔体生长过程。在硅熔体的生长中，当熔体被过冷时，晶体取向引起的生长速率差异会增加，从而导致竞争性的晶粒生长，其中快速生长的晶体生长以覆盖缓慢生长的晶体晶粒的方式。这是可以用于多晶硅方向控制技术的知识。