超重力場を用いた新しい半導体制御方法

100万Gレベルの強い重力場(超重力場)では、熱エネルギーに匹敵する一次元の外力により固体中でも原子の沈降が実現し、ナノスケールの傾斜構造形成や強制固溶、分解、分子・基の配列・配向などが期待できる。我々は100万Gレベルの超重力場を高温で発生できる装置を開発し、低融点の合金や半導体で置換型溶質原子の沈降を世界で初めて実現した。本研究はこの超重力場を用いて半導体の結晶性、不純物、界面構造などを制御する新しい半導体制御方法を開発しようとするものである。平成17年度は、Bi-Sb,Se-Te固溶体で100万Gまでの超重力場実験を行い、再結晶温度以上の温度で結晶が数10μm以下に微細化することを見出した。Bi-Sb系では、微細化は10時間以下でも、15万G以下の比較的低い重力場でも起こることがわかった。熱電能や光電効果では結晶の微細化が効果が指摘されており、機能の向上が期待される成果である。Bi_3Pb_7金属間化合物では、1mm以下の薄板状の試料を用いると、低重力領域でBi相が析出し、中央の2層は組成が傾斜した非平衡な層を持つ4つの層状構造を形成した。顕微SQUID観察によって、第2層で合金でありながら第1種的な超伝導特性が示唆された。平成18年度にSpring8とTEM観察によってこの層がナノスケールの異方的な結晶構造から成っていることがわかった。平成18年度は、Bi-Sb系で、微細化が起こる重力場より弱い重力場で、mmスケールの長い結晶成長が観察された。また、超重力場による不純物制御の可能性を狙って、InSb結晶にGeなどを蒸着して超重力場実験を行った結果、Geではアニール試料より10μm以上の深さまで4倍程度濃度が大きくなっており、重力場の効果を確かめることができた。超重力場を用いた新しい不純物制御方法として期待される。

100万Gレベルの強い重力場(超重力場)では、熱エネルギーに匹敵する一次元の外力により固体中でも原子の沈降が実現し、ナノスケールの傾斜構造形成や強制固溶、分解、分子・基の配列・配向などが期待できる。我々は100万Gレベルの超重力場を高温で発生できる装置を開発し、低融点の合金や半導体で置換型溶質原子の沈降を世界で初めて実現した。本研究はこの超重力場を用いて半導体の結晶性、不純物、界面構造などを制御する新しい半導体制御方法を開発しようとするものである。平成17年度は、Bi-Sb,Se-Te固溶体で100万Gまでの超重力場実験を行い、再結晶温度以上の温度で結晶が数10μm以下に微細化することを見出した。Bi-Sb系では、微細化は10時間以下でも、15万G以下の比較的低い重力場でも起こることがわかった。熱電能や光電効果では結晶の微細化が効果が指摘されており、機能の向上が期待される成果である。Bi_3Pb_7金属間化合物では、1mm以下の薄板状の試料を用いると、低重力領域でBi相が析出し、中央の2層は組成が傾斜した非平衡な層を持つ4つの層状構造を形成した。顕微SQUID観察によって、第2層で合金でありながら第1種的な超伝導特性が示唆された。平成18年度にSpring8とTEM観察によってこの層がナノスケールの異方的な結晶構造から成っていることがわかった。平成18年度は、Bi-Sb系で、微細化が起こる重力場より弱い重力場で、mmスケールの長い結晶成長が観察された。また、超重力場による不純物制御の可能性を狙って、InSb結晶にGeなどを蒸着して超重力場実験を行った結果、Geではアニール試料より10μm以上の深さまで4倍程度濃度が大きくなっており、重力場の効果を確かめることができた。超重力場を用いた新しい不純物制御方法として期待される。