JAXA、液体シリコン中に残存する共有結合を観察 -大口径ウェハの実現に期待

2012年2月10日 20時15分

宇宙航空研究開発機構(JAXA)は、米プリンストン大学、東京大学、米ノースイースタン大学、高輝度光科学研究センター(JASRI)、芝浦工業大学(芝工大)、理化学研究所(理研)と共同で、「液体シリコンの特異な電子構造」の解明に成功したことを発表した。

同成果は、国際宇宙ステーション「きぼう」日本実験棟へ搭載するためにJAXAにおいて開発を進めてきた静電浮遊溶解装置をSPring-8 へ設置し、液体シリコンの電子構造を調べる実験を行うことにより得られた結果で、JAXAの岡田純平助教、石川毅彦教授、東京大学渡辺康裕助手、木村薫教授、七尾進名誉教授、プリンストン大学 P.-H. Sit博士、ノースイースタン大学B.-A.Bernardo博士、A. Bansil教授、JASR 櫻井吉晴副主席研究員、伊藤真義副主幹研究員、芝工大正木匡彦准教授、理研播磨研究所石川哲也所長らのグループによるもので、米国物理学会誌「Physical Review Letters」に掲載される。

半導体材料として広く使われているシリコンは、溶けると金属になり、電気がよく流れるようになる。

溶けるだけで性質を大きく変化させる物質は珍しく、そのため液体シリコンは、応用面からだけでなく学術的観点からも長年にわたって研究が行われてきた。

最近の理論研究により、液体シリコンの温度を下げ、融点1683K(1410℃)よりも約450K低い状態にすると、高温の液体シリコンとは性質のまったく異なる未知の相が出現するであろうという興味深い予測がなされていた。

通常、1000℃を超えるような高温の液体金属中では、原子は激しく運動し、原子間の結合はどこでも同じであると考えられていたが、この理論によれば、液体シリコンの温度を1232Kまで下げると、マクロに見て金属結合が集まった密度の高い領域と共有結合が集まった密度の低い領域に分かれる(液体-液体相転移)とされている。

もしも、このようなシリコンの未知の液体状態の存在が明らかになれば、これまでの液体シリコン(金属)と結晶シリコン(半導体)の間に介在する大きなギャップを埋めることができることになり、これは、液体シリコンから結晶を成長させるとき、固-液界面でどのようなことが起きているかを原子レベルで理解する上で重要な意味を持つこととなり、従来以上に純良なシリコン単結晶を育成するための手掛かりとなる可能性が出てくる。…