Creation of functional metastable silicon-based multiple element materials by controlling light elements

通过控制轻元素创建功能性亚稳态硅基多元素材料

• 批准号: 20H00303
• 负责人: 宇佐美 徳隆
• 金额: $ 29.54万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00303/
• 关键词: 多元混晶; 軽元素; 局所構造; 白色中性子ホログラフィー

半導体材料を含む特殊なぺーストを印刷した半導体単結晶基板を非真空下で熱処理するというシンプルなプロセスをベースに、高品質シリコン系多元混晶薄膜の成長技術の開発に取り組んでいる。本年度は、アルミニウムとゲルマニウムの合金粒子を含むペーストを用いたシリコンゲルマニウム混晶薄膜の成長において、短パルスレーザ熱処理により、シリコンゲルマニウム混晶を急速成長させ、レーザ照射条件の影響を調査した。レーザ照射後に選択エッチングにより表面のアルミニウム残留物を除去し、走査型電子顕微鏡、共焦点レーザ顕微鏡、顕微ラマン分光により構造解析を行った。その結果、表面形状とゲルマニウムの組成や膜中の歪み分布に強い相関があることを見出した。その要因として、レーザ溶融プロセスのシミュレーションを行うことで、表面のマランゴニ対流や表面エネルギーの観点から解明を進めた。また、短パルス化によるゲルマニウムの高濃度化を観測し、スズを含む混晶の非平衡プロセス設計に対し有用な知見が得られた。また、平衡成長で作製したゲルマニウムスズ薄膜、シリコンスズ薄膜を対象として、放射光X線施設SPring-8での原子分解能ホログラフィー実験を実施した。スズ周囲の原子像を可視化することで、格子中でのスズの位置を検証した。その結果、スズがゲルマニウム、シリコンの格子位置を置換することを検証し、格子間に存在する可能性は非常に小さいことを示した。一方、物質中の水素位置を確定する手法として、大強度陽子加速器施設J-PARCでの強力な白色中性子を用いたホログラフィー実験を大強度モードで行う環境を整備し、水素化パラジウム単結晶において水素の像が検出されることを初めて確認した。この測定のため、令和３年度までに導入した多検出器系遮蔽体の最適化をモンテカルロシミュレーションで行い、実機の設計を行い、データ精度の大幅な向上に成功した。

Semiconductor materials include special materials for printing, semiconductor single crystal substrates, heat treatment under non-vacuum conditions, and development of high-quality multi-dimensional mixed crystal thin film growth technology. This year, we investigated the influence of irradiation conditions on the growth of mixed crystal thin films by heat treatment, rapid growth of mixed crystal, and the effect of temperature on the growth of mixed crystal thin films. After irradiation, the surface of the sample was removed, and the electron microscope, confocal microscope, and spectroscopic analysis were carried out. The results, surface shapes and distribution of the film are strongly correlated. The main reason for this is that the melting point of the surface is different from that of the surface. The high concentration of the compound was measured by the method of short-term crystallization, and the non-equilibrium design of the compound was found to be useful. The atomic decomposition energy of SPring-8 is applied to the film. The atomic image of the circle is visualized, and the position of the lattice is verified. The result is that there is a small possibility that the grid position of the grid will be replaced. A method for determining the position of water element in a substance is described. A high-intensity positron accelerator is used to perform a high-intensity positron accelerator. A high-intensity positron accelerator is used to prepare an environment for the determination of the position of water element in a substance. This measurement has been successfully conducted in the field of multi-detector system shielding optimization, implementation and design.

项目成果

太陽電池材料SnドープSi,Ge薄膜での局所構造観測によるSn置換量の定量評価への試み

尝试通过太阳能电池材料中Sn掺杂Si、Ge薄膜的局域结构观察定量评估Sn取代量

• 发表时间: 2022
• 作者: 星翔太;菅野友哉;高野元輝;Keiko Widyanisa;小林洋大;富松優花;木村耕治;八方直久;鈴木紹太;ダムリン マルワン;福田啓介;宮本聡;宇佐美徳隆;林好一;大山研司
• 通讯作者: 大山研司

Host-crystal orientation effects on SiGe epitaxial films grown by annealing Al-Ge alloyed pastes

通过退火 Al-Ge 合金浆料生长的 SiGe 外延薄膜的主晶取向效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Keisuke Fukuda;Satoru Miyamoto;Shota Suzuki;Masahiro Nakahara;Marwan Dhamrin;Kensaku Maeda;Kozo Fujiwara;Noritaka Usami
• 通讯作者: Noritaka Usami

蛍光X線ホログラフィーによる太陽電池材料SnドープSiGe薄膜の局所構造観測

利用荧光X射线全息技术观察太阳能电池材料Sn掺杂SiGe薄膜的局域结构

• 发表时间: 2021
• 作者: 星翔太;菅野友哉;高野元輝;荒瀬将太朗;石崎嵩人;野田新太;木村耕治;八方直久;中原正博;ダムリン マルワン;宇佐美徳隆;林好一;大山研司
• 通讯作者: 大山研司

Rapid growth of SiGe thin-films by pulsed laser annealing of Al-Ge alloyed pastes on silicon

通过硅上 Al-Ge 合金浆料的脉冲激光退火快速生长 SiGe 薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: Takeshi Sato;Satoru Miyamoto;Shota Suzuki;Marwan Dhamrin;Noritaka Usami
• 通讯作者: Noritaka Usami

Study of local structures in Sn doped Si,Ge thin film for evaluation of Sn concentration

研究Sn掺杂Si、Ge薄膜的局部结构以评估Sn浓度

• 发表时间: 2022
• 作者: S. Hoshi;T. Kanno;M. Takano;W. Keiko;Y. Kobayashi;Y. Tomimatu;K. Kimura;N. Happo;S. Suzuki;M. Dhamrin;K. Fukuda;S. Miyamoto;N. Usami;K. Hayashi;K.Ohoyama
• 通讯作者: K.Ohoyama