異方的圧縮応力の印加による準安定酸化物の高温での反応速度論的安定性の制御

通过施加各向异性压应力控制高温下亚稳态氧化物的动力学稳定性

基本信息

批准号：
22K14286
负责人：
神野莉衣奈
金额：
$ 2.91万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

準安定相コランダム構造酸化ガリウム(α-Ga2O3)の反応速度論的熱安定性の制御を目的として研究を行った。α-Ga2O3は超ワイドバンドギャップ半導体材料の一つであり、大きな絶縁破壊電界強度が予想されている。そのためパワーデバイスの材料として用いることで高い省エネ効果があり、カーボンニュートラルへの貢献が期待できる。α相は結晶多型の中で熱的に準安定相であり、600℃以上の熱処理で最安定のβ相へ相転移し、高温での熱的安定性が課題である。特にイオン注入のプロセスでは1000℃程度の熱耐性が求められており、高温での構造制御はα相の応用にとって重要である。本研究では、異方的圧縮応力がα相の反応速度論的熱安定性に与える影響を解明することで、イオン注入後の活性化アニールに必要な1000℃以上で30分間の熱処理後に構造を維持させる手法を確立することを目的としている。本年度は、高温での構造相転移の機構解明を目的として、その場観察高温ラマン分光および顕微観察を用いて、α相の熱的安定性の面内分布および相転移の様子を評価した。基板表面に一様に成長させたα相の薄膜は、ラマンスペクトルから600℃付近で安定相へ変化していることがわかり、先行研究での高温XRDによる結果と一致した。また、顕微観察から構造変化に伴い表面構造の変化し、安定相の核が結晶全体へ広がる様子が観察された。一方で、サファイア基板上にドット状に選択成長したα-Ga2O3は、空間的に分離された構造により安定核が他のメサへ伝搬することをブロックし、α相の速度論的熱安定性が向上した。選択成長による構造制御により1000℃以上でのα相の安定化が実現した。今後、メサ構造と相転移について解析することで、制御性の向上が期待できる。

该研究的目的是控制亚稳态圆锥结构的氧化凝胶（α-GA2O3）的动力学热稳定性。 α-GA2O3是超宽的带隙半导体材料之一，预计将具有较大的分解场强度。因此，当用作电源设备的材料时，它具有高节能效果，可以预期有助于碳中立性。 α相是晶体多态性之间的热稳态，当热处理在600°C或更高时，相变为最稳定的β相，使高温下的热稳定性成为挑战。特别是，离子植入过程需要大约1000°C的热电阻，并且在高温下的结构控制对于应用α-相很重要。这项研究旨在建立一种在1000°C下30分钟后维持结构的方法，这是通过阐明各向异性压缩应力对α-相动力学热稳定性的影响，这对于激活离子植入后激活退火所必需。在今年，为了阐明在高温下结构相变的机制，我们评估了使用现场观测高温的拉曼光谱和微观观察的α-相热稳定性和相变状态的平面内分布。发现在底物表面上均匀生长的α相薄膜已从拉曼光谱变为600°C左右的稳定相，这与先前研究中高温XRD获得的结果一致。此外，微观观察结果表明，表面结构随结构变化而变化，并且稳定相的核在整个晶体中扩散。另一方面，选择在蓝宝石底物上生长的α-GA2O3由于其空间分离的结构而阻止稳定的核向其他矿物的传播，从而改善了α-相的动力学热稳定性。通过选择性生长来控制结构，在1000°C处α相稳定。将来，我们可以期望通过分析MESA结构和相变。