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

Fe-Si溶液低温高速FZ生长高质量SiC单晶方法的物理化学研究

• 批准号: 16J10300
• 负责人: 鳴海 大翔
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J10300/
• 关键词: 炭化ケイ素（SiC）; 溶液成長; 固液界面物性; 粒成長; 晶癖; 分子動力学; FZ法

[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。

Fusion [1] Si is dissolved gold の SiC particles in the annual は の grain growth yesterday, 1600-1900 ℃ に お い て in melt Si の 3, 4 h -, C - C 6 h - SiC の grain growth 挙 し を investigation, addiction surface と grain growth difference の を Ming ら か に し た. This year は, solution growth method の な main solution is と さ れ て い る Si - 40 Cr alloy の 4 mol % h - SiC particles の grain growth 挙 influencing を と Al add の with temperature に お い て survey し た. Above 1700 ℃ に お い て, melt Si に than べ て in Si - 40 mol % Cr alloy に お い て 4 h - SiC particles が き く grain growth す る tendency に あ り, ま た ア ス ペ ク ト smaller than が さ い tendency に あ っ た. に Si - 40 mol % Cr - 4 mol % Al alloy in で は Si - 40 Cr alloy の mol % 4 h - SiC よ り も ア ス ペ ク ト than が き い tendency に あ っ た. こ の こ と よ り 40 Cr alloy に mol % Si - Al を add す る こ と に よ っ て, basal surface の {0001} の interface stability が upward す る こ と が in stopping さ れ た. Youdaoplaceholder0 Al また adding によ によ 4H-SiC particles <s:1> the growth rate が is low た. Si - 40 mol % Cr alloy に Al を add し て も carbon solubility が variations change し な い た め, Al add に よ り Si - 40 mol % Cr alloy と の interface between SiC crystals エ ネ ル ギ ー が low す る こ と を presumption し た. Grain growth in の alloy 挙 dynamic か ら have ら れ た knowledge に masato し て, academic ambition へ の contribute to prepare を into め て い る. [2]SiC の solution growth interface の molecular dynamics シ ミ ュ レ ー シ ョ ン solid-liquid coexistence is の computing に optimum な ポ テ ン シ ャ ル masato number を decided す る た め, 3 species の Tersoff ポ テ ン シ ャ ル に つ い て, Si, SiC, Diamond の specific heat, density お よ の び Si - C solution mixed hot を し, T_94 ポ テ ン シ ャ ル masato For the number を, choose 択 た た. Si - 50 mol % C solution each crystal surface と SiC の が coexistence し た solid-liquid interface セ ル を 3300-4000 k に て 3-6 ns between keep し て interface の movement を parsing し た results, below 3800 k で SiC が growth し た. The growth rate of each orientation における, [1]で indicates that the た crystal obsession に is consistent with the するような tendency が is られた. ま た, 4 h - SiC の solution growth important な で {0001}, {10-10}, {10-12} の interface growth の large-scale computing を line っ た results, {0001} は layered growth す る で, {10-10} と {10-12} は ラ フ interface と し て growth す る others child が catch え ら れ た こ と か ら institutions pay the growth Youdaoplaceholder0 である とを presume that た. The above <s:1> achievements を academic papers と て て て submissions て て る る.

项目成果

Si系溶融合金中の3C-,4H,6H-SiC微粒子の粒成長挙動

硅基熔融合金中3C-,4H,6H-SiC细颗粒的晶粒长大行为

• 发表时间: 2017
• 作者: 鳴海大翔;Didier Chaussende;吉川健
• 通讯作者: 吉川健

Crystal habit of 3C-, 4H-, 6H-SiC fine particles in liquid Si during Ostwald ripening

奥斯特瓦尔德熟化过程中液态硅中3C-、4H-、6H-SiC细颗粒的晶习

• 发表时间: 2017
• 作者: Taka Narumi;Didier Chaussende;Takeshi Yoshikawa
• 通讯作者: Takeshi Yoshikawa

Si系溶融合金中のSiC微粒子の粒成長挙動へのAlの影響

Al对硅基熔液中SiC细颗粒晶粒长大行为的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: 鳴海大翔;吉川健
• 通讯作者: 吉川健