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。

基于对半导体单晶底物进行热处理的简单过程，该过程含有特殊的糊状物，这些糊状物含有非vacuum下的半导体材料，我们正在努力开发一种技术，用于生长高质量的基于硅的高质量多混合晶体薄膜。今年，在使用含有铝和锗合金颗粒的糊状硅混合晶体薄膜的生长中，研究了通过短脉冲激光热处理迅速生长的硅锗混合晶体，并研究了激光辐照条件的影响。激光照射后，通过选择性蚀刻从表面清除铝残基，并使用扫描电子显微镜，共聚焦激光显微镜和微拉曼光谱进行结构分析。结果，发现表面形状与锗的组成与膜中的失真分布之间存在很强的相关性。这是由于模拟激光熔化过程以从表面Marangoni对流和表面能的角度阐明结果的事实。此外，观察到由于脉冲缩短而引起的锗浓度的增加，并获得了有用的知识，用于设计含有TIN的混合晶体的非平衡过程。此外，在Synchrotron X射线设施Spring-8上进行了原子分辨率全息实验，瞄准了由平衡生长制造的锗锡薄膜和硅锡薄膜。通过可视化锡周围的原子图像，验证了锡在晶格中的位置。结果，我们验证了TIN取代了锗和硅的晶格位置，表明在晶格之间存在的可能性很小。另一方面，作为确定材料中氢位置的一种方法，我们建立了一个环境，在该环境中，使用强烈的白色中子进行全息实验，在J-PARC设施的高强度模式下进行高强度质子加速器的高强度模式，并确认在Palladium Hydride Hydride Hydride Hydride Hydride单晶中首次检测到氢图像。为了进行此测量，使用Monte Carlo模拟优化了2021财政年度引入的多探测器屏蔽，并设计了实际的机器，从而显着提高了数据准确性。

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

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

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

Al-Ge合金ペーストによるSi(111)基板上へのSiGe混晶薄膜の成長

使用Al-Ge合金浆料在Si(111)衬底上生长SiGe混晶薄膜

• 发表时间: 2022
• 作者: Kikuchi Ryosuke;Nakamura Toru;Kurabuchi Takahiro;Kaneko Yasushi;Kumagai Yu;Oba Fumiyasu;福田啓介，宮本聡，鈴木紹太，中原正博，ダムリン マルワン，前田健作，藤原航三，宇佐美徳隆
• 通讯作者: 福田啓介，宮本聡，鈴木紹太，中原正博，ダムリン マルワン，前田健作，藤原航三，宇佐美徳隆

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