ファセットデンドライト成長を利用した高品質薄板多結晶シリコンの成長技術の開発

开发利用多面枝晶生长的高质量薄多晶硅生长技术

基本信息

批准号：
21686001
负责人：
藤原航三
金额：
$ 17.39万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、薄板多結晶シリコンの成長技術を開発するための要素技術として、融液成長過程においてSi多結晶が成長するメカニズムを解明することを目的としている。本技術開発には、融液成長過程において、ファセットデンドライト成長を効果的に発現させることが重要となる。本年度は、昨年度に導入したシリコンの融液成長過程のその場観察装置を用いて実験を行い、Si融液から薄板結晶が成長する過程を直接観察し、特に、ファセットデンドライト成長メカニズムの解明において大きな成果が得られた。本装置を用いた実験により、Si<110>ファセットデンドライトの成長過程を詳細に観察することができ、その成長メカニズムを解明した(Phys. Rev. B, 81(2010)224106)。これにより、Si<112>ファセットデンドライトとの成長メカニズムの違いが明らかになった。また、ファセットデンドライトの成長速度の理論式を専出し、過冷却度がファセットデンドライトの成長速度に及ぼす影響を理論と実験の両方から明らかにした(Appl. Phys. Lett., 98(2011)012113)。過冷却度が同じ場合、<110>デンドライトの成長速度の方が、<112>デンドライトの成長速度より大きくなることが示された。また、過冷却度の大きさによって、<112>デンドライトと<110>デンドライトの発生割合が変化することが明らかとなった(Cryst. Growth Des., 11(2011)1402)。低過冷却度では<112>デンドライトの発生割合が大きく、高過冷却度では<110>デンドライトの発生割合が大きくなる。これにより、融液成長過程において、どちらか一方のファセットデンドライトのみ発現させるための知見が得られた。

本研究的目的是阐明多晶硅在熔融生长过程中生长的机理，作为开发薄型多晶硅生长技术的基本技术。对于这项技术的发展，在熔体生长过程中有效地表达多面枝晶生长非常重要。今年，我们利用去年引进的硅熔体生长过程原位观测装置进行了实验，直接观察了硅熔体生长薄板晶体的过程，得到了结果。通过使用该装置的实验，我们能够详细观察Si<110>晶面枝晶的生长过程，并阐明其生长机制(Phys. Rev. B, 81 (2010) 224106)。这揭示了生长机制与Si<112>小面枝晶的生长机制的差异。此外，我们还建立了小面枝晶生长速率的理论公式，并从理论上和实验上阐明了过冷度对小面枝晶生长速率的影响(Appl. Phys. Lett., 98(2011)012113)。结果表明，对于相同的过冷度，<110>枝晶的生长速率大于<112>枝晶的生长速率。还揭示了<112>枝晶和<110>枝晶的生成比率根据过冷程度而变化(Cryst.Growth Des.，11(2011)1402)。在低过冷度时，<112>枝晶的比例大，在高过冷度时，<110>枝晶的比例大。结果，获得了在熔体生长过程中只允许出现一个小面枝晶的知识。