Ｆｅ－Ｓｉ系溶液を用いた高品質単結晶ＳｉＣの低温高速ＦＺ成長法の物理化学的研究

[1]Si 系溶融合金中のSiC 微粒子の粒成長昨年度は1600-1900℃ において溶融Si中の3C-C、4H-、6H-SiC の粒成長挙動を調査し、晶癖面と粒成長の差異を明らかにした。本年度は、溶液成長法の主要な溶液系とされているSi-40mol%Cr合金中の4H-SiC微粒子の粒成長挙動とAl添加の影響を同温度において調査した。1700℃以上において、溶融Siに比べてSi-40mol%Cr合金中において4H-SiC粒子が大きく粒成長する傾向にあり、またアスペクト比が小さい傾向にあった。次にSi-40mol%Cr-4mol%Al合金中ではSi-40mol%Cr合金の4H-SiCよりもアスペクト比が大きい傾向にあった。このことよりSi-40mol%Cr合金にAlを添加することによって、基底面の{0001}の界面安定性が向上することが示唆された。またAlの添加により4H-SiC粒子の成長速度が低下した。Si-40mol%Cr合金にAlを添加しても炭素溶解度が変化しないため、Al添加によりSi-40mol%Cr合金とSiC結晶間の界面エネルギーが低下することを推定した。以上の合金中粒成長挙動から得られた知見に関して、学術誌への投稿準備を進めている。[2]SiC の溶液成長界面の分子動力学シミュレーション固液共存系の計算に好適なポテンシャル関数を決定するため、3種類のTersoffポテンシャルについて、Si、SiC、Diamondの比熱、密度およびSi-C溶液の混合熱を比較し、T_94ポテンシャル関数を選択した。Si-50mol%C溶液とSiCの各結晶面が共存した固液界面セルを3300-4000Kにて3-6ns間保持して界面の移動量を解析した結果、3800K以下でSiCが成長した。各面方位における成長速度は、[1]で示した晶癖に合致するような傾向が得られた。また、4H-SiCの溶液成長で重要な{0001}、{10-10}、{10-12}の界面成長の大規模計算を行った結果、{0001}は層状成長する一方で、{10-10}と{10-12}はラフ界面として成長する様子が捉えられたことから付着成長機構であることを推定した。以上の成果を学術論文として投稿している。

[1]Si 系溶融合金中のSiC 微粒子の粒成長昨年度は1600-1900℃ において溶融Si中の3C-C、4H-、6H-SiC の粒成長挙動を調査し、晶癖面と粒成長の差異を明らかにした。本年度は、溶液成長法の主要な溶液系とされているSi-40mol%Cr合金中の4H-SiC微粒子の粒成長挙動とAl添加の影響を同温度において調査した。1700℃以上において、溶融Siに比べてSi-40mol%Cr合金中において4H-SiC粒子が大きく粒成長する傾向にあり、またアスペクト比が小さい傾向にあった。次にSi-40mol%Cr-4mol%Al合金中ではSi-40mol%Cr合金の4H-SiCよりもアスペクト比が大きい傾向にあった。このことよりSi-40mol%Cr合金にAlを添加することによって、基底面の{0001}の界面安定性が向上することが示唆された。またAlの添加により4H-SiC粒子の成長速度が低下した。Si-40mol%Cr合金にAlを添加しても炭素溶解度が変化しないため、Al添加によりSi-40mol%Cr合金とSiC結晶間の界面エネルギーが低下することを推定した。以上の合金中粒成長挙動から得られた知見に関して、学術誌への投稿準備を進めている。[2]SiC の溶液成長界面の分子動力学シミュレーション固液共存系の計算に好適なポテンシャル関数を決定するため、3種類のTersoffポテンシャルについて、Si、SiC、Diamondの比熱、密度およびSi-C溶液の混合熱を比較し、T_94ポテンシャル関数を選択した。Si-50mol%C溶液とSiCの各結晶面が共存した固液界面セルを3300-4000Kにて3-6ns間保持して界面の移動量を解析した結果、3800K以下でSiCが成長した。各面方位における成長速度は、[1]で示した晶癖に合致するような傾向が得られた。また、4H-SiCの溶液成長で重要な{0001}、{10-10}、{10-12}の界面成長の大規模計算を行った結果、{0001}は層状成長する一方で、{10-10}と{10-12}はラフ界面として成長する様子が捉えられたことから付着成長機構であることを推定した。以上の成果を学術論文として投稿している。