電場印加による結晶成長界面の形状制御法の確立と薄板結晶Siの成長技術への応用

电场控制晶体生长界面形状方法的建立及其在薄晶硅生长技术中的应用

基本信息

批准号：
22656001
负责人：
藤原航三
金额：
$ 2.11万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、「電場を印加してSiの結晶-融液界面(成長界面)の形状を制御する」という独自の発想を具現化し、次世代太陽電池用材料として有力な薄板多結晶Siの高品質化成長技術への応用を検討することであった。双晶や粒界などの欠陥形成やデンドライトの発現は、成長界面の形状に強く依存する。つまり、成長界面形状を自在に制御する技術の開発こそが、薄板多結晶Siの組織制御のための根幹技術となる。本研究では、その場観察装置を用いて結晶成長過程の成長界面に電場を印加し、成長界面形状の変化を直接観察した。まず、融液成長中にシリコン融液および結晶に電流注入を行うことができる装置を作製した。電流注入量は1mAから100mAの範囲で制御を行った。しかしながら、シリコンの一方向中に電流注入を行っても固液界面形状または結晶成長速度に大きな変化は観察されなかった。そこで、固液界面形状を制御する方法として、第二元素の添加を試みた。本研究ではシリコンと同族のゲルマニウムを微量添加することで、界面形状の制御を行った。純シリコンでは、一方向成長過程の固液界面形状は、成長速度が約100μm/sec以下では平坦な形状を維持するが、それ以上の成長速度では界面不安定化によりジグザグ状のファセット界面が形成されることがわかった。次にゲルマニウムを1at%～15at%の範囲で添加して、一方向成長過程の界面形状を観察した。ゲルマニウムを1at%添加すると、界面形状が平坦からファセット界面へと変遷する成長速度が、純シリコンの場合より約半分程度になることがわかった。これは、組成的過冷却の影響で固液界面の不安定化が容易に起こることに起因する。当初目的としていた電場の効果は見られなかったが、第二元素の微量添加により界面形状を容易に制御可能であることがわかり、薄板結晶の作製に有用な知見が得られた。

这项研究的目的是实现“通过施加电场控制硅晶体-熔体界面（生长界面）的形状”的独特想法，并开发薄型多晶硅，这是一种有前途的材料这项研究的目的是考虑其在高质量生长技术中的应用。孪晶和晶界等缺陷的形成以及枝晶的出现很大程度上取决于生长界面的形状。换句话说，开发自由控制生长界面形状的技术是控制薄多晶硅结构的基础技术。在本研究中，我们利用原位观察装置在晶体生长过程中向生长界面施加电场，直接观察生长界面形状的变化。首先，我们创建了一种可以在熔体生长过程中将电流注入硅熔体和晶体的装置。电流注入量控制在1mA至100mA范围内。然而，即使当电流沿一个方向注入硅时，也没有观察到固液界面形状或晶体生长速率的显着变化。因此，我们尝试添加第二个元素作为控制固液界面形状的方法。在这项研究中，我们通过添加少量的锗来控制界面形状，锗与硅属于同一族。在纯硅中，单向生长过程中的固液界面形状在约100μm/秒或更小的生长速率下保持平坦形状，但在更高的生长速率下，界面变得不稳定并形成锯齿形小面界面我发现它会完成。接下来，添加1at％至15at％范围内的锗，并观察单向生长过程中的界面形状。研究发现，当添加1at%的锗时，界面形状从平坦变为刻面的生长速率约为纯硅的一半。这是因为固液界面很容易由于成分过冷而不稳定。虽然没有观察到电场原本预期的效果，但发现通过添加少量第二元素可以轻松控制界面形状，并获得了生产薄板晶体的有用知识。