狭バンドギャップ3元混晶半導体鉛錫テルル単結晶の無重力下における結晶成長

• 資料種別: 文書・図像類
• タイトル: 狭バンドギャップ3元混晶半導体鉛錫テルル単結晶の無重力下における結晶成長
• 著者・編者: 山田, 智秋; 木下, 恭一; Yamada, Tomoaki; Kinoshita, Kyoichi
• 著者標目: 山田, 智秋; 木下, 恭一; Yamada, Tomoaki; Kinoshita, Kyoichi
• 出版事項: 宇宙開発事業団
• 出版年月日等: 1994-10-20
• 出版年（W3CDTF）: 1994-10-20
• 並列タイトル等: Crystal growth of narrow band gap ternary mixed semiconductor PbSnTe single crystal in space
• タイトル（掲載誌）: 宇宙開発事業団技術報告 = NASDA Technical Memorandum
• 掲載ページ: 431-467
• ISSN（掲載誌）: ISSN : 1345-7888
• 本文の言語コード: jpn
• 件名標目: 狭バンドギャップ半導体; 3元混晶半導体; PbSnTe単結晶; 微小重力環境; 結晶成長; 温度勾配; 1方向凝固法; マランゴニ対流; 熱輸送; 気泡内在; 介在物; 組成均一性; モル分率; 転位密度; 電気伝導度; narrow band gap semiconductor; ternary mixed crystal semiconductor; PbSnTe single crystal; microgravity environment; crystal growth; temperature gradient; unidirectional solidification; Marangoni convection; heat transport; bubble internals; inclusion; composition homogeneity; mole fraction; dislocation density; electrical conductivity
• 対象利用者: 一般
• 一般注記: スペースシャトル内の微小重力環境下において、Pb(1-x)Sn(x)Te結晶を温度勾配炉を用いた1方向凝固法により育成した。温度勾配は40度C/cm以上、固化速度は5.5mm/hで、種子結晶を使用し、単結晶化を図った。グラファイト製のバネと窒化ホウ素製の押圧板により融液を種子結晶側に押し付け、融液の自由表面をなくすことによってマランゴニ対流を防止した。実験の結果、直径15mm、長さ約58mmの円柱状結晶が得られた。この結晶では結晶成長開始時の固液界面位置は、地上育成の場合に比べ約10mm高温側へ移動し、種子結晶はわずかしか溶融されていなかった。これは、微小重力下では対流による熱の輸送が抑制されたためと解釈される。微小重力下育成結晶は、局所的に組成不均一な所があった。すなわち、いくつかの大きな気泡が内在し、その気泡の周囲には線形空泡やSn過剰の介在物が観察された。しかしながら、上記以外の気泡の無い所では、宇宙育成結晶の組成均一性は、地上育成の場合に比べ大きく改善されていた。すなわち、成長軸方向の組成均一性が向上しSnTeモル分率が長さ33mmから43mmの約10mmの距離にわたって0.16と一定な領域が得られた。また転位密度は地上育成の平均3x10{6}/平方センチメートルから5x10{5}/平方センチメートルに低下していた。さらに、電気的特性において、宇宙育成結晶の均一組成部は地上育成に比べ約2倍以上の高移動度を示した。これらは、微小重力下での熱対流抑制効果を立証するものである。また、今回の飛行実験において直径0.5mmから11mmの数10個の球状結晶がバネの上やバネの間に成長していた。バネが球状結晶成長のための空間と核生成の場を提供したためである。球状結晶の原料は融液溜め部からBNるつぼと押圧板の微小な隙間(ギャップ〜0.1mm)を通ってバネ室へ運ばれて来たものであると考えられる。実験操作手順から判断すると、これらの球状結晶は1方向凝固が終了した後の冷却過程において成長し、結晶成長速度は速かったと推定される。十分な晶癖が発達せず、また一部においてSn過剰の介在物が見られるのは、高成長速度が一因と思われる。しかし、いくつかの小さな結晶においては転位密度は10{4}/平方センチメートル台で、地上育成の場合よりも約2桁小さかった。この理由は、球状結晶が容器壁と接せずに成長したため、容器壁から機械的応力を受けなかったためと考えられる。; Crystal growth of Pb(1-x)Sn(x)Te was conducted by unidirectional solidification technique using temperature gradient furnace under microgravity environment in space shattle. Single crystal was made by using a seed crystal maintaining temperature more than 40 C/cm and 5.5 mm/h of solidification speed. Diminishing free surface of melts by pressing melts to seed crystal with a spring made of graphite and a push-plate made of boron nitride, suppression of Marangoni convection was attempted. 15 mm in diameter and 58 mm in length of cylindrical crystal was obtained from the experiment. In this crystal, position of solid-liquid interface at initiation of crystal growth moved to high temperature side by about 10 mm compared to ground crystal growth, and a small amount of seed crystal was fused. It is suggested from the results that suppression of heat transport due to convection is made under microgravity environment. Crystal grown under microgravity has locally ununiform composition. That is, some big bubbles internally presents, and linear vacancies or Sn surplus inclusions are observed around the bubbles. At location where no bubbles present, however, composition homogeneity of space grown crystal was remarkably improved compared with ground grown crystal. That is, beside composition homogeneity along growth axis was improved, 0.16 of constant region of SnTe mole fraction was obtained over about 10 mm ranging from 33 mm to 43 mm in length. Further, dislocation density decreased from 3x10(exp 6) per sq cm of mean value of ground grown crystals to 5x10(exp 5) /sq cm. Moreover, on electrical properties, homogeneous composition area of space grown crystal showed high electron mobility more than two times of ground grown crystal. These phenomena suggest that thermal convection suppression is effective under microgravity. In this flight experiment, it was found that several tens of spherical crystals having 0.5 - 11 mm in diameter had grown on springs or among gap of springs. It is because the springs provided space for growth of spherical crystal and place for nucleation. It is guessed that raw material of spherical crystal was carried from reservoir of melts to spring chamber through small gap (approximately 0.1 mm) between BN crucible and push-plate. Further, it is guessed from the experimental procedures that these spherical crystals grew during cooling after end of unidirectional solidification and growth rate was rapid. And, it is high growth rate why enough crystal habit did not develop and Sn surplus inclusions were partially observed. However, dislocation density of some small crystals is order of 10(exp 4) /sq cm, and it is as low as factor of two compared to ground grown crystal. It is considered as reason that spherical crystal did not suffer mechanical stresses from container wall because of growth without contact of spherical crystal to container wall.; 資料番号: AA0004116001; レポート番号: NASDA-TMR-940002 V.2
• 一次資料へのリンクURL: https://jaxa.repo.nii.ac.jp/?action=repository_action_common_download&item_id=41075&item_no=1&attribute_id=31&file_no=1
• オンライン閲覧公開範囲: 限定公開
• 連携機関・データベース: 国立情報学研究所 : 学術機関リポジトリデータベース（IRDB）（機関リポジトリ）; https://irdb.nii.ac.jp
• 提供元機関・データベース: 宇宙航空研究開発機構 : 宇宙航空研究開発機構リポジトリ