その場観察法による過冷却度の制御および過冷却シリコン融液からの結晶成長機構の解明

原位观察法控制过冷度及阐明过冷硅熔体晶体生长机制

• 批准号: 13750646
• 负责人: 藤原 航三
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750646/
• 关键词: その場観察; 融液成長; シリコン; ファセット界面; 成長速度; 過冷却; 成長方位; 競争的成長; 多結晶; 成長界面

本研究の目的:太陽電池用の多結晶シリコンは融液成長により作製されているが、その成長機構はあまり理解されていない。本研究では、1500℃までの範囲で温度制御できる小型炉と顕微鏡を組み合わせた、融液成長過程その場観察装置を新たに作製した。本装置を用いてシリコンの融液成長過程を直接観察し、成長機構を明らかにした。結果:まず、方位が既知の種結晶を用いて成長界面形状の成長方位依存性を調べた。(111)種結晶を用いた場合、成長界面はフラットであるが、(100)種結晶では、成長界面にファセットが形成した。次にこの二種類の種結晶を並列に配置し、両方の種結晶から同時に成長を行った。冷却速度が5℃/minと遅い場合、それぞれの方位から成長した結晶粒の成長速度は同程度であった。一方、冷却速度を100℃/minと速くした場合、(100)から成長した結晶粒の方が約1.3倍成長速度が速かった。このような成長の場合、成長速度が速い結晶粒が成長に伴い遅い結晶粒を覆うように、成長方向と垂直方向にも成長する過程が観察された。つまり、冷却速度が速い場合、融液の過冷却度が大きくなり、結晶方位による成長速度の差が顕著になる。従って、結晶成長過程において競争的結晶粒成長が起こることが明かとなった。また、種結晶を用いずに速い速度で冷却した場合、不安定な成長界面の突起部から急激に成長する異常成長が観察された。まとめ:シリコンンの融液成長過程の直接観察に成功した。シリコンの融液成長において、融液の過冷却が大きくなると結晶方位による成長速度の差が大きくなり、成長の速い結晶粒が成長の遅い結晶粒を覆うように成長する競争的結晶粒成長が起こる。このことは多結晶シリコンの方位制御技術に利用できる知見である。

の purpose of this research: the sun battery の more crystalline シ リ コ ン は melting liquid growth に よ り cropping さ れ て い る が, そ の growth institutions は あ ま り understand さ れ て い な い. This study で は, 1500 ℃ ま で の van 囲 で temperature suppression で き る small furnace と 顕 micromirror を group み close わ せ た, melting liquid growth そ の field 観 examine device を new た に cropping し た. This device を directly 観 observes the <s:1> growth process of the <s:1> molten liquid を and the を growth mechanism を and ら ら に た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た た Result :まず, orientation が. It is known that for the を crystals of the まず species, the shape of the growth interface and the orientation dependence of the growth を are adjusted to べた. (111) crystal を with い た occasions, growth interface は フ ラ ッ ト で あ る が, (100) crystal で は, growth interface に フ ァ セ ッ ト が form し た. Two kinds of <s:1> kinds of crystals を are arranged in parallel at に, and two kinds of <s:1> kinds of crystals ら are simultaneously に grown in を rows った. The cooling rate is が5℃/min. In と遅 が conditions and それぞれ <s:1> positions, ら ら grows. The <s:1> growth rate of た crystalline particles is であった the same as that of であった. One party, the cooling speed を 100 ℃ / min と speed く し た occasions, (100) か ら growth し た crystals の party が が speed is about 1.3 times the growth speed か っ た. こ の よ う な growth の occasions, growth speed が speed い crystals grow が に with い 遅 い crystals を fu う よ う に と, growth direction vertical に も growth す る process が 観 examine さ れ た. Youdaoplaceholder0 ま, cooling rate が speed が situation, melting liquid <s:1> subcooling degree が large <s:1> くな <e:1>, crystallization position による growth rate <e:1> poor が顕 significant になる. Youdaoplaceholder0, crystallization growth process にお 従って て て competing crystal grains grow が from が る とが とが とが となった となった ま た, kind of crystallization を い ず に で cooling speed い speed し た occasions, unrest な growth interface の lug boss か ら nasty shock に growth す る abnormal growth が 観 examine さ れ た. Youdaoplaceholder0 :シリコ シリコ <e:1> 観 the process of molten liquid growth に directly 観 observe に success た た. シ リ コ ン の melting liquid growth に お い て, melting liquid の undercooling が big き く な る と crystal orientation に よ る growth の bad が big き く な り, growth の speed い crystals grow が の 遅 い crystals を fu う よ う に growth す る competition of grain growth が こ る. The <s:1> と と polycrystalline シリコ <e:1> <s:1> orientation control technology に utilizes the knowledge of で る る る である.

项目成果

K.Fujiwara, Ke.Nakajima, T.Ujihara, N.Usami, G.Sazaki, H.Hasegawa, S.Mizoguchi, K.Nakajima: "In situ observations of crystal growth behavior of silicon melt"Journal of Crystal Growth. 243. 275-282 (2002)

K.Fujiwara、Ke.Nakajima、T.Ujihara、N.Usami、G.Sazaki、H.Hasekawa、S.Mizoguchi、K.Nakajima：“硅熔体晶体生长行为的原位观察”Journal of Crystal Growth。