チェクラルスキー法による大口径品質単結晶作製の対流制御と最適育成条件探索

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大型高品質単結晶育成方法は半導体産業の基盤をなす。そのなかでもチョクラルスキー法は最も重要な方法である。熱の物質の輸送現象をコントロールする技術的確立はデバイス用高品質結晶の作製から望まれている。従来、流体計算ではマランゴニ対流が無視されることが多かったが、近年、その影響が指摘されるようになってきた。本研究ではマランゴニ対流を通常の単結晶の引上げ法での融液の流体計算コード(finite volume method)に取り入れて、より高精度のシミュレーション手法を確立した。まず、宇宙実験などの微小重力下で観察されているマランゴニ対流を本シミュレーションコードで再現できるか確認した。次に本研究ではCo-Rotating Ring Czochralski(CRCZ)と呼ばれる新しい対流制御方法を研究対象に採り上げ、この対流制御方法に関して本シミュレーションコードを適用し、その対流制御能力を確認した。具体的にはマランゴニ対流の効果が通常の自然対流にどのように影響を与えるかを調べた。CRCZには種結晶の回転速度、炉の形状、炉の回転方法(回転速度とその方向)など様々な作製条件パラメーターが存在する。これらの作製条件において種結晶の成長速度、固液界面の平滑性、対流の安定性への影響について検討し、最適な単結晶作製条件の探索を進めている。また本研究で作成したプログラムコードをマイクロ引下げ法への応用も検討している。