純シリコン及びゲルマニウムをドープしたシリコン結晶の成長挙動のその場観察

纯硅和掺锗硅晶体生长行为的原位观察

基本信息

批准号：
11F01049
负责人：
宇田聡
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

太陽電池や半導体基板用のシリコンバルク結晶は、キャスト法やチョクラルスキー法のような融液成長法により作製されている。高品質なバルク結晶を作製するためには、シリコン融液からシリコン結晶が成長するメカニズムの基礎的理解が不可欠である。本研究は、シリコン結晶の融液成長において、従来不明であった、デンドライト成長メカニズム、ゲルマニウムをドーピングしたシリコン結晶の固液界面形状形成メカニズム、およびシリコン結晶の平衡形・成長形を解明することを目的とした。これらの課題を解決するために、融液成長過程のその場観察装置を用いた実験を行った。本研究により、デンドライト結晶の成長速度と双晶間隔の関係、成長速度と過冷却度の関係が実験的に明らかにされ、デンドライト結晶の成長速度式を導出することに成功した。デンドライト結晶の成長速度は双晶間隔に大きく依存することが明らかとなった。また、ゲルマニウムをドープすると、組成的過冷却の影響により固液界面の不安定化が促進されることを明らかにした。固液界面の不安定化により、界面形状が平坦からジグザグ状のファセット界面へと変化する時の臨界成長速度に及ぼすゲルマニウム濃度の影響を明らかにした。さらに、シリコン結晶の成長形と平衡形を実験的に明らかにし、平衡形の解析からシリコンの各面の固液界面エネルギーを算出した。以上の結果は、結晶成長の学術的な進歩に貢献する成果であり、また、高品質バルク結晶成長においても重要な知見となる。

用于太阳能电池和半导体底物的硅体晶体是通过熔融生长方法（例如铸造和牙齿方法）产生的。为了产生高质量的散装晶体，对硅晶体从硅熔体生长的机制的基本了解是必不可少的。这项研究旨在阐明先前未知的树突生长机制，即形成掺杂锗硅晶体的固液界面形状的机制，以及硅晶体的平衡和生长形式。为了解决这些问题，使用现场观察装置进行熔体生长过程进行了实验。这项研究在实验中揭示了树突晶体的生长速率与孪生间隔之间的关系，以及生长速率和超冷度之间的关系，并成功地得出了树突晶体的生长速率方程。已经发现，树突晶体的生长速率在很大程度上取决于双间隔。还发现，由于成分超冷的影响，使用锗掺杂促进了固定液体界面的不稳定。当界面形状从固定液体界面的不稳定性导致的不稳定性导致的不稳定性时，是否其量表从平坦变为锯齿形的小平面界面时，锗浓度对临界生长速率的影响。此外，实验揭示了硅晶体的生长和平衡形状，并根据平衡形状的分析来计算硅每个表面的固液界面能。上述结果有助于晶体生长的学术进步，也是对高质量散装晶体生长的重要见解。

项目成果

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Dependence of Si faceted dendrite growth velocity on twin spacing and undercooling

Si 面枝晶生长速度对孪晶间距和过冷度的依赖性

DOI：
发表时间：
2011
期刊：
影响因子：
0
作者：
楊新波;藤原航三;宇田聡
通讯作者：
宇田聡

Crystal and faceted dendrite growth of silicon near (100)

(100) 附近硅的晶体和多面枝晶生长

DOI：
10.1016/j.actamat.2012.03.010
发表时间：
2012
期刊：
Acta Materialia
影响因子：
9.4
作者：
Xinbo Yang;K.Fujiwara;R.Gotoh;K.Maeda;J.Nozawa;H.Koizumi;S.Uda
通讯作者：
S.Uda

The critical growth velocity for planar-to-faceted interfaces transformation in SiGe crystals

DOI：
10.1063/1.3698336
发表时间：
2012-04
期刊：
Applied Physics Letters
影响因子：
4
作者：
Xinbo Yang;K. Fujiwara;N. Abrosimov;Raira Gotoh;J. Nozawa;H. Koizumi;A. Kwasniewski;S. Uda
通讯作者：
Xinbo Yang;K. Fujiwara;N. Abrosimov;Raira Gotoh;J. Nozawa;H. Koizumi;A. Kwasniewski;S. Uda