日本結晶成長学会誌
Online ISSN : 2187-8366
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32 巻 , 4 号
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  • 原稿種別: 表紙
    2005 年 32 巻 4 号 p. Cover1-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 目次
    2005 年 32 巻 4 号 p. Toc1-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 目次
    2005 年 32 巻 4 号 p. Toc2-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 目次
    2005 年 32 巻 4 号 p. Toc3-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 目次
    2005 年 32 巻 4 号 p. Toc4-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 目次
    2005 年 32 巻 4 号 p. Toc5-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 目次
    2005 年 32 巻 4 号 p. Toc6-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 目次
    2005 年 32 巻 4 号 p. Toc7-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 目次
    2005 年 32 巻 4 号 p. Toc8-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 龍見 雅美
    原稿種別: 本文
    2005 年 32 巻 4 号 p. 289-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 柿本 浩一, 宇田 聡
    原稿種別: 本文
    2005 年 32 巻 4 号 p. 290-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 藤原 航三, 宇佐美 徳隆, 藩 伍根, 宇治原 徹, 野村 明子, 野瀬 嘉太郎, 宍戸 統悦, 中嶋 一雄
    原稿種別: 本文
    2005 年 32 巻 4 号 p. 291-296
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
    Si系バルク多結晶は太陽電池用基板材料として,現在はもちろん,将来的にも最も重要な材料であり,さらなる高効率化のために結晶方位や粒界性格を制御した高品質バルク多結晶が望まれている.本稿では,我々が研究に取り組んでいる,バルク多結晶Siの融液成長機構の解明を目指したその場観察実験の結果,および新しい太陽電池材料であるGeを少量添加したミクロ分散的組成分布を有するバルク多結晶SiGeの結晶組織と太陽電池特性について紹介する.
  • C. W. Lan, C. K. Hsieh, W. C. Hsu
    原稿種別: 本文
    2005 年 32 巻 4 号 p. 297-305
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
    太陽電池の市場は年々増えつつある.約三分の一はチョクラルスキー(CZ)法により成長したシリコン単結晶である.太陽電池の市場価格は年約20%のペースで下がりつつあり,低コスト化が製造メーカーの存亡に関わるキーポイントとなっている.市場は,ウエハメーカーに対して高い生産力と低価格で高品質な材料の供給を求めており,市場競争力を維持するために,高効率的なCZ法による結晶成長が必要である.この解説では,CZ法による太陽電池グレードシリコンの生産における,いくつかの重要な問題について議論する.特に,ホットゾーン設計と複数回引き上げ(リチャージ)に焦点を当てる.本論文で提案する概念によって,実際に,6インチと8インチ直径の太陽電池グレードシリコンの生産に大幅なコストダウンと歩留まり改善が達成されている現状を紹介する.太陽電池用シリコン単結晶の製造におけるホットゾーン設計では,結晶の品質向上よりも低コスト化が重視される.コンピュータシミュレーションを駆使したホットゾーン設計では,低消費電力量と高速成長に焦点を合わせており,シミュレーションによって最適化された円錐状遮蔽リングを有するホットゾーンを使用することにより,実際に,高速成長,低消費電力化,アルゴンガス量およびカーボン部品(主にヒーターとサセプタ)の消費量削減に成功している.最適化された円錐状遮蔽リングより融液・結晶の熱輻射を遮蔽することで,熱収支保存則により高速成長が可能となる.実際,設計したホットゾーンを用いて,平均80mm/hの高速成長を実現している.加えて,この円錐状遮蔽リングの使用により,結晶成長界面における凹形状化の抑制や,原料の融解,結晶の冷却における低消費電力化などの改善も達成できる.また,ホットゾーン下部の断熱を達成することによっても低消費電力化を図ることができる.シリコン結晶成長の際,るつぼから融解した酸素は融液表面においてSiOの形で蒸発するが,このSiOがパーティクルとして結晶成長界面に付着すると多結晶化の原因となる.円錐状遮蔽リングは,ガスガイドの働きをもつため,アルゴンガスによって効率的にSiOガスを排除することができ,同時に,アルゴンガス消費量を削減することもできる.また,ホットゾーンへの付着が減少するため,カーボン部品の劣化が抑制され,部品寿命が大幅に長くなる.ホットゾーンの設計により,石英るつぼの温度を低温化することができる.これにより,石英るつぼ内表面におけるシリコン融液との反応によるパーティクル発生が抑制され,結晶成長の歩留まりが向上する.また,石英るつぼの低温化は,結晶中酸素濃度の減少をもたらし,太陽電池の効率を決定する重要なパラメーターである少数キャリアライフタイムの改善にもつながる.酸素と同様に,ライフタイムに重要な影響を与える炭素についても,アルゴンガスの流れをコントロールすることで,ヒーターやサセプタからの炭素汚染を抑制することができ,結晶中炭素濃度を0.03ppm未満に減少できる.連続チャージまたはバッチ式の複数回チャージ(リチャージ)を用いた成長は,石英るつぼのコストを大幅に削減できるとともに,原料の融解時間,結晶の冷却時間などが短縮でき,単位時間の生産高を大幅に向上できるため,低コスト化に有効である.太陽電池グレードシリコン結晶成長の主要なコストは,石英るつぼのコストであり,るつぼの品質と寿命がシリコン結晶成長の歩留まりに影響を与える.バリウムを石英るつぼの内表面にコーティングすることで,るつぼの品質と寿命を大幅に向上させることができる.2003年以来,太陽電池用シリコンインゴットの需要が急騰し,価格が上昇している.この状況は,シリコンメーカーがICから太陽電池産業へ関心を切り換える誘因となるが,同時に,太陽電池の価格も減少し続けているため,太陽電池用シリコンインゴットの生産はコスト削減という難局に直面することになる.この難局を乗り切るには,ホットゾーン改良が有効である.本解説では,ホットゾーン改良による高速成長の実現・低消費電力化・アルゴンガスおよびカーボン部品消費量削減などの可能性を示した.しかし,ホットゾーン改良の効果には限界があるため,近い将来,複数回および連続チャージ法の使用が必須になると予想される.
  • Lijun Liu, Satoshi Nakano, Koichi Kakimoto
    原稿種別: 本文
    2005 年 32 巻 4 号 p. 306-313
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
    水平磁場印加チョクラルスキー法における結晶育成炉内の温度速度分布,さらに界面形状を総合的に解析することが可能な3次元総合解析コードを作成し,実際のシリコン結晶成長炉内の解析を行った.このコードでは,炉内の対流,伝導,輻射による熱と物質の輸送現象を,積分型表示である有限体積法を用いて計算を行った.この計算手法は,一般の3次元解析に必要な莫大なメモリー容量と膨大な計算時間をかけずに解析が可能であることが特徴である.本論文では,横磁場を印加した場合とこれに電流を印加した場合のEMCZ法について解析結果を紹介する.さらに,シリコン融液中の酸素濃度分布も紹介する.シリコンCZ炉に水平磁場を印加した場合,固液界面形状は結晶回転を停止した場合は鞍型の形状になることが計算結果として得られ,これはGaAsにおける実験結果と一致している.また,水平磁場を印加した場合,磁場の非対称性が育成炉内のどこまで影響を及ぼしているかを検証した.この解析から少なくとも坩堝を保持するカーボン製のサセプタまでは3次元解析を行う必要性があることが明らかとなった.本研究では小型炉を用いているために,大型炉においてはさらに外側のヒータまでも3次元解析する必要があると考えられる.従来から問題となっていた固液界面近傍における成長軸方向の温度勾配と結晶成長速度との関係を,水平磁場印加下において磁場強度をパラメータにして解析を行った.これより,結晶成長速度が増加すると結晶中の温度勾配は増加し,一方融液中の温度勾配は減少することがわかった.また,磁場強度を増加したときは,温度勾配は結晶中そして融液中において増加することがわかった.これは,結晶中では固液界面が上に上昇することにより結果として増加し,融液中では対流が弱くなることにより温度勾配が増加するためである.さらに,成長速度を増加すると結晶中,融液中ともに温度勾配は磁場強度依存性が小さくなることがわかった.これは,結晶成長速度が大きくなると固化潜熱が大きなシリコンにおいては界面形状の決定に固化潜熱が大きな役割を果たしているからである.さらに,対流がなく熱伝導の場合と比較してみると,温度勾配は熱伝導の場合のほうがはるかに大きく,水平磁場を印加した場合においても対流は残留していることがわかった.EMCZ法に関しては,電極の位置,電流の方向,磁場強度により流れが変化し,同時に固液界面形状も変化することが明らかとなった.酸素濃度に関しても,これらの条件により対流が変化するために,界面における濃度分布も大きく変化することがわかった.特に結晶端では,これらの諸条件の影響を大きく受けることがわかった.このように,3次元解析が可能となってきており,結晶の高品質化のために今後3次元解析がますます多用されることが予想される.
  • 長汐 晃輔, 栗林 一彦
    原稿種別: 本文
    2005 年 32 巻 4 号 p. 314-324
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
    Si単結晶インゴットの大口径化から脱却し,表面積優位の観点から直径1mm程度の球状Si単結晶の作成が近年注目を浴びている.球状単結晶はドロップチューブ法のような無容器凝固プロセスにより作成が試みられているが,容器壁という主要な不均一核生成サイトがないため,融液が大きく過冷し,成長界面は不安定化し常にデンドライト成長する.すなわち,球状単結晶化に向けて,過冷却融液からの凝固過程を詳細に調べる必要がある.Siは過冷度の増加に伴い,ファセットデンドライトの成長方向・成長形態を変化させる.本稿では,様々な形状のファセットデンドライトを分類し,その特徴を明確にし,チョクラルスキー法等の単結晶育成では抑制されるデンドライトを積極的に制御することにより単結晶化が可能であることを紹介する.
  • 宇田 聡, 黄 新明, 黄 晋二
    原稿種別: 本文
    2005 年 32 巻 4 号 p. 325-333
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
    ランガサイト(La_3Ga_5SiO_<14>)は,非調和融解物質であるが,ランガサイト種子結晶を使用すると適切な過冷却度のもとにいわゆる擬似調和融解融液から直接単結晶を育成することができる.しかしながら,非調和融解性に起因する多結晶化が育成中に頻繁に発生するという深刻な問題がある.この問題を根本的に解決するには,ランガサイトの非調和融解状態を何らかの方法で調和融解状態に変換する必要がある.成長系に外部電場を印加すると関連する平衡共存相の化学ポテンシャルの修飾によりエネルギー関係が変わり,非調和融解状態が調和融解状態に変わる可能性がある.たとえば,ランガサイトは,600V/cmの電界下で調和融解状態に変換される.これは,融液と初晶相(Gaを含むランタンシリケート相)の共存状態とランガサイト組成の融液の自由エネルギーの大きさの関係が電場により逆転するからである.このような変換の可能性は,これらの相の誘電率の変化が初晶相側端成分に向かって増加する場合に見られる.
  • 山崎 貴史, 中井 俊一, 安斎 裕, 青木 善平
    原稿種別: 本文
    2005 年 32 巻 4 号 p. 334-341
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
    本研究は,レーザー増幅用結晶として高い増幅率を有するCr添加forsterite(Cr:Mg_2SiO_4)単結晶を合成することを目的として行われた.結晶中に取り込まれるCr^<4+>イオン種の濃度を高めるために,融液の初期Cr濃度を増やし,育成時の雰囲気中の酸素ガス分圧として文献値の0.01気圧よりも高い0.03気圧を採用することによって,Czochralski法により直径が35mm,長さが最大185mmの結晶を育成した.育成結晶から切り出した結晶片を1780℃において1気圧の酸素ガス雰囲気中で高温熱処理を施した.これらの手順の結果として,結晶中のCr^<4+>イオン種の濃度が著しく増加し,従来の標準結晶の2倍に達する高い増幅率を有する有望なレーザー増幅用結晶が見出された.また,結晶の光学顕微鏡観察,XRD測定,EPMA分析から,Cr:Mg_2SiO_4におけるCrの固溶限は約0.08wt.%と小さく,この固溶限を超えると包含物としてMgOおよびMgCr_2O_4の酸化物が含まれ,結晶引上げの途中で結晶に変形が生じることが分かった.
  • 原稿種別: 付録等
    2005 年 32 巻 4 号 p. 342-343
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 付録等
    2005 年 32 巻 4 号 p. 344-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
  • 原稿種別: 付録等
    2005 年 32 巻 4 号 p. 344-
    発行日: 2005/09/30
    公開日: 2017/05/31
    ジャーナル フリー
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