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基板的硅块状晶体是通过铸造法和直拉法等熔融生长法生产的。为了生产高质量的块状晶体，对硅晶体从硅熔体生长的机制有基本的了解是至关重要的。本研究旨在阐明此前未知的枝晶生长机制、掺锗硅晶体的固液界面形状形成机制以及硅晶体熔融生长中的平衡和生长形态。为了解决这些问题，我们利用熔体生长过程原位观测装置进行了实验。通过本研究，我们通过实验阐明了枝晶生长速率与孪晶间距、生长速率与过冷度的关系，并成功推导了枝晶生长速率方程。结果表明，枝晶的生长速率很大程度上取决于孪晶间距。我们还发现，由于成分过冷，掺杂锗会促进固液界面的不稳定。我们阐明了当由于固液界面不稳定而导致界面形状从平坦界面变为锯齿形界面时，锗浓度对临界生长速率的影响。此外，我们通过实验阐明了硅晶体的生长形式和平衡形式，并根据平衡形式的分析计算了硅各表面的固液界面能。上述成果有助于晶体生长的学术进步，也是高质量块状晶体生长的重要发现。