Growth of high-quality thin film and performance improvement of next generation high thermal conductivity material BAs

下一代高导热材料BA的高质量薄膜生长和性能改进

• 批准号: 21H01797
• 负责人: 生田 博志
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01797/
• 关键词: 硼化砒素; BAs; 高熱伝導率薄膜; 砒化ホウ素

近年の電子素子の高密度化に伴う発熱密度の急上昇は、素子性能の制約要因として大きな問題となっている。効率的な排熱には熱伝導率の高い材料が必要であり、BAsが注目されている。しかし、この系の結晶成長は容易でなく、小さな結晶しか得られていない。また、素子応用には薄膜化が必須である。そこで、分子線エピタキシー(MBE)法による薄膜成長に取り組んだ。昨年度後半より膜質向上を目的に成膜温度を上げたが、As再蒸発が問題となっていた。今年度は成膜条件をさらに広げ、MgF2基板では他の基板より高温まで薄膜中にAsが残留することが分かったものの、調べた範囲内では相形成が見られなかった。そこで、Asを同族元素のSbで置き換えたBSbの成長も試みた。BSbは文献で薄膜成長例があり、BAs成膜の手掛かりが得られるものと期待した。その結果、文献と同様の薄膜が得られたことをX線回折などで確認した。しかし、この薄膜を詳細に調べると形成相はBSbではなく、文献のX線ピーク同定に誤りがあることが分かった。したがって、As同様にSbが再蒸発していると考えられる。一方、成長様式の手掛かりを得るために、第一原理計算によりBAs (111)面への原料原子の吸着過程を調べ、As供給量が高い条件ではAsが層状に吸着し、結晶成長する可能性があることが分かった。これらのことから、As再蒸発の抑制が非常に重要であることが分かる。そこで、低温成膜後に薄膜を熱処理することでBAs相の形成を試みた。まず2枚の薄膜を対向させて熱処理したが、Asの再蒸発は抑制できないことが分かった。そこで薄膜をBで被覆して熱処理を行ったところ、Asの再蒸発をかなり抑制できることが分かった。BAsの相形成には至っていないが、今後、Bキャップ層を厚くすることや、より高温、もしくはより長時間の熱処理によりBAsが形成される可能性があることが分かった。

In recent years, the high density of electronic elements has been accompanied by a rapid increase in thermal density, and the main factors that restrict the performance of elements have been large-scale problems. Efficient heat dissipation and high thermal conductivity of materials are necessary and BAs should be paid attention to. It's easy to grow the crystal of the しかし and the この type, it's easy to grow, and the crystal of the small さな is easy to grow, and it's easy to grow. It is necessary to use には to thin the film of また and Motoko. This is a method of thin film growth based on the molecular beam etching (MBE) method. In the second half of last year, the film quality and film-forming temperature were up, and As re-steaming was a problem. This year's film formation conditions are the same, the MgF2 substrate is the same, the substrate is high temperature, and the film is medium. Asがremaining することが分かったものの, adjust べた Fan囲内ではphase forming が见られなかった.そこで、Asをsimilar elementsのSbでSETきchangeえたBSbのgrowthもtrialみた. BSb documents and film growth examples are available, and BAs film-forming and hand-hanging applications are expected. The result of the test and the documentation of the same film were confirmed by X-ray folding.しかし, この Film をDetailed に Adjustment べると Formation phase はBSb ではなく, Literature のX-ray ピーク同定にError りがあることが分かった.したがって、As Same as 様にSbが発していると卡えられる. One side, growing 様style hand hanging かりをget るために, first principles calculation によりBAs (111) The adsorption process of the raw material atoms is adjusted, the As supply amount is high, the condition is high, the As is layered, the adsorption is done, and the possibility of crystal growth is divided.これらのことから、As re-steamed 発の suppresses が is very important であることが分かる.そこで, heat treatment of the thin film after low-temperature film formation, and することでBAs phase のformation をtest みた.まず2 pieces of thin film を対 to させて heat treatment したが, As の re-steamed 発は suppressed できないことが分かった.そこで film をB で coated して heat treatment を row ったところ, As のre-steamed 発をかなり suppress できることが分かった. BAs の phase formationには to っていないが、From now on、Bキャップlayerを thickくすることや、よりHigh temperature , もしくはよりThe long-term heat treatment によりBAsがThe possibility of forming されるがあることが分かった.

项目成果

Surface Stability of reconstructions on BAs (111) surface: An Ab Initio-Based Approach (BAs(111)表面における各種再構成構造の安定性の第一原理計算)

BAs (111) 表面上重建的表面稳定性：An Ab Initio-Based Approach（BAs(111) 表面上各种重建结构稳定性的第一性原理计算）

• 发表时间: 2022
• 作者: Peiyang Cai;Toru Akiyama;Tomomasa Kiyozawa;Takafumi Hatano;Shunta Harada;Miho Tagawa;Hiroshi Ikuta;Toru Ujihara (蔡 沛陽、秋山 亨、清澤 知正、畑野 敬史、原田 俊太、田川 美穂、生田 博志、宇治原 徹)
• 通讯作者: Toru Ujihara (蔡 沛陽、秋山 亨、清澤 知正、畑野 敬史、原田 俊太、田川 美穂、生田 博志、宇治原 徹)