㝶కኚᩘἲ࡜࣋࢖ࢬ᭱㐺໬࡟ࡼࡿ Top-Seeded Solution Growth ἲࢆ⏝࠸ࡓ SiC ⤖ᬗᡂ㛗࡟࠾ࡅࡿ᩿⇕ᮦศᕸ᭱㐺໬
竹原悠人，岡野泰則➉ཎᝆே, ᒸ㔝Ὀ๎኱㜰኱Ꮫ኱Ꮫ㝔 ᇶ♏ᕤᏛ◊✲⛉㸯㸬ㅖゝ Ⅳ໬ࢣ࢖⣲(SiC)⤖ᬗࡣᖜᗈ࠸ࣂࣥࢻࢠࣕࢵࣉࠊ㧗࠸⇕ఏᑟ⋡ࠊప࠸࢜ࣥ᢬ᢠ್࡞࡝ࡢඃࢀࡓ≉ᛶࢆᣢࡘࣃ࣮༙࣡ᑟయ࡛࠶ࡿ[1]ࠋSiC ⤖ᬗࢆస〇ࡍࡿ᪉ἲ࡜ࡋ࡚Ẽ໬ࡉࡏࡓ SiC ࠿ࡽ⤖ᬗࢆస〇ࡍࡿẼ┦ᡂ㛗ἲࠊSi-C ⁐ᾮ࠿ࡽ⤖ᬗࢆస〇ࡍࡿ⁐ᾮᡂ㛗ἲࡀ࠶ࡿࠋTop-Seeded Solution Growth(TSSG)ἲࡣ⁐ᾮᡂ㛗ἲࡢ୍ࡘ࡛ࠊẼ┦ᡂ㛗ἲ࡟ẚ࡭࡚㧗ရ㉁࡞⤖ᬗࢆస〇ࡍࡿࡇ࡜ࡀྍ⬟࡛࠶ࡿࡓࡵࠊὀ┠ࢆ㞟ࡵ࡚࠸ࡿࠋTSSG ἲ࡛ࡣࠊⅣ⣲࡛࡛ࡁࡓࡿࡘࡰෆ࡛ࠊᅛయࡢࢣ࢖⣲ࢆຍ⇕ࡋ⼥ゎࡉࡏࡿࠋ⼥ゎࡋࡓࢣ࢖⣲࡟ࠊࡿࡘࡰ࠿ࡽ⤖ᬗస〇࡟ᚲせ࡞Ⅳ⣲ࡀ౪⤥ࡉࢀࡿࡇ࡜࡛ࠊSi-C ⁐ᾮࡀᙧᡂࡉࢀࡿࠋࡑࡢᚋࠊⅣ⣲ࡀ⁐ᾮෆࡢὶࢀ࡟ࡼࡗ࡚⁐ᾮ⾲㠃ୖࡢప 㒊࡟ྲྀࡾ௜ࡅࡽࢀࡓ SiC✀⤖ᬗ࡟㐠ࡤࢀࡿࡇ࡜࡛ SiC ⤖ᬗࡀᡂ㛗ࡍࡿ㸦ᅗ㸯ཧ↷㸧ࠋ௨ୖࡢ㐣⛬࠿ࡽ⤖ᬗࡀస〇ࡉࢀࡿࡓࡵࠊ⁐ᾮෆࡢὶࢀ࡞࡝ࡢ⛣ື⌧㇟ࡢ⌮ゎ࡜ไᚚࡀࠊ㧗ရ㉁࡞⤖ᬗస〇࡟ᚲせ୙ྍḞ࡛࠶ࡿࠋ࡜ࡇࢁࡀࠊᐇ㦂୰ࡣ 1500 K ௨ୖࡢ㧗 ⎔ቃ࡜࡞ࡿࡇ࡜ࠊ᩿⇕ࡢࡓࡵ࡟⿦⨨ࢆ㐽ⶸࡍࡿࡇ࡜ࠊࡉࡽ࡟ࢣ࢖⣲ࡀ୙㏱᫂࡞ᾮయ࡛࠶ࡿࡇ࡜࠿ࡽࠊ⛣ື⌧㇟ࢆ┤᥋ほᐹࡍࡿࡇ࡜ࡣᅔ㞴࡛࠶ࡿࠋ௨ୖࡢࡼ࠺࡞⌮⏤࠿ࡽࠊࡇࢀࡲ࡛ᩘ್ィ⟬ࢆ⏝࠸ࡓ◊✲ࡀ⾜ࢃࢀ࡚ࡁࡓࠋᡃࠎࡣ௨๓࡟ᩘ್ゎᯒ࡟ࡼࡾࠊ⤖ᬗ➃㒊࡟࠾࠸࡚⏕ࡌࡿ⏺㠃ᙇຊ໙㓄࡟⏤᮶ࡍࡿ࣐ࣛࣥࢦࢽᑐὶࡀࠊ⤖ᬗ௜㏆࡛ᨭ㓄ⓗ࡟࡞ࡿࡇ࡜
ࢆ᫂ࡽ࠿࡟ࡋࡓࠋࡉࡽ࡟ࡑࡢ࣐ࣛࣥࢦࢽᑐὶ࡟ࡼࡗ࡚ࠊ⤖ᬗ⾲㠃ୖࡢ㐣㣬࿴ᗘࡀ୙ᆒ୍࡟࡞ࡿࡇ
࡜ࡀࢃ࠿ࡗࡓ[2]ࠋࡇࢀࡽࢆ⪃៖ࡋࠊ࣐ࣛࣥࢦࢽᑐὶࢆᢚไࡋ࠺ࡿไᚚᡭἲࡢᥦ᱌࡟ࡶྲྀࡾ⤌ࢇࡔࠋ㝶కኚᩘἲࢆ⏝࠸ࡓ⁐ᾮ࡜ࡿࡘࡰࡢቃ⏺࡟࠾ࡅࡿ ᗘሙࡢ᭱㐺໬࡛ࡣࠊ࣐ࣛࣥࢦࢽᑐὶࢆᢚไࡋࠊ
⤖ᬗ⾲㠃࡟࠾ࡅࡿ㐣㣬࿴ᗘࡢᨵၿ࡟ᡂຌࡋࡓ[3]ࠋࡇࢀ࡟ࡼࡾࠊ⁐ᾮ㒊ࡢ ᗘศᕸࢆไᚚࡍࡿࡇ࡜࡛࣐ࣛࣥࢦࢽᑐὶࡢᢚไࡀྍ⬟࡛࠶ࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡗࡓࠋ ࡋ࠿ࡋ࡞ࡀࡽࠊ⁐ᾮ㒊ࡢᗘศᕸࡢࡳࢆไᚚࡍࡿ᪉ἲࡣᮍࡔ☜❧ࡉࢀ࡚࠸࡞࠸ࠋࡑࡇ࡛ᮏ◊✲࡛ࡣࠊࡇࢀࡲ࡛᩿⇕ࡢࡳࢆ┠ⓗ࡜ࡋ࡚ࡁࡓࡿࡘࡰ࿘㎶ࡢ༢୍ࡢ᩿⇕ᮦ࡟╔┠ࡋࠊ」ᩘࡢ᩿⇕ᮦࢆ⤌ࡳྜࢃࡏ࡚฼⏝ࡍࡿࡇ࡜࡛ࠊ⁐ᾮෆ ᗘศᕸࡢไᚚࢆ⾜ࡗࡓࠋ㸰㸬ゎᯒᡭἲ
 ᅗ 1(a)࡟♧ࡍࡼ࠺࡟ࠊࡇࢀࡲ࡛౑⏝ࡉࢀ࡚࠸ࡓ⇕ఏᑟ⋡ k = 0.3 W/(m‫ڄ‬K)ࡢ༢୍ࡢ᩿⇕ᮦࢆ 9 ࡘࡢ᩿⇕ᮦ࡟ࡼࡾᵓᡂࡍࡿࡇ࡜ࢆ⪃࠼ࠊࡑࢀࡽࡢ⇕ఏᑟ⋡ࡢ᭱㐺໬ࢆ⾜ࡗࡓࠋ᩿⇕࡜᤼⇕ࢆ⾜࠺ࡓࡵ࡟⁐ᾮ㒊࡟㏆࠸㡿ᇦ(i = 5-9)࡛ࡣࠊ⇕ఏᑟ⋡ࢆ 0.3, 0.6, 3, 6 W/(m‫ڄ‬K)ࡢ࠺ࡕ࠿ࡽ㑅ᢥࡋࠊእ㒊ࡢ㡿ᇦ(i = 1-4)࡛ࡣࠊ᩿⇕ࢆ┠ⓗ࡜ࡋ࡚ 0.3, 0.6 W/(m‫ڄ‬K)࠿ࡽ㑅ᢥࡋࡓࠋᩘ್ィ⟬ࡣࡇࢀࡲ࡛ࡢඛ⾜◊✲࡜ྠᵝ࡟ Integrate Process Model (IPM)[4]ࢆ౑⏝ࡋࡓࠋIPM ࡛ࡣࠊ඲యࡢィ⟬ࢆㄏᑟຍ⇕ࡢࡓࡵࡢ㟁☢ሙゎᯒࠊ⅔ෆ඲యࡢ ᗘሙゎᯒࠊ⁐ᾮෆ⛣ື⌧㇟ゎᯒࡢ 3 ẁ㝵࡟ศࡅ࡚⾜࠺ࠋ⇕ఏᑟ⋡ࡢኚ᭦࡟ࡼࡿ㟁☢ሙࡢᙳ㡪ࡣ࡞࠸ࡶࡢ࡜ࡋ࡚⪃࠼ࠊ⇕ఏᑟ⋡ࢆኚ᭦ࡋࠊ⅔ෆ඲యࡢ ᗘሙゎᯒ࡜⁐ᾮෆ⛣ື⌧㇟ゎᯒࢆ⾜ࡗࡓࠋᩘ್ィ⟬࡟ࡼࡗ࡚ᚓࡽࢀࡿ⤖ᬗ⾲㠃ࡢ㐣

スーパーコンピューティングニュース
- 37-

Vol. 25, No.2

2023㣬࿴ᗘ࠿ࡽ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘ vg ࢆ௨ୗࡢᘧࢆ⏝࠸࡚⟬ฟࡋࡓ‫ݒ‬୥ ൌ െሺ‫ܯܦ‬Ȁɏሻ࢔ ‫ܥ׏ ڄ‬ȁୱୣୣୢ

ࡓࡔࡋࠊD ࡣᣑᩓಀᩘࠊM ࡣ SiC ⤖ᬗࡢࣔࣝ㉁㔞ࠊρ ࡣ SiC ࡢᐦᗘࠊC ࡣⅣ⣲⃰ᗘ࡛࠶ࡿࠋ௨ୖ࡟ࡼࡾồࡲࡗࡓ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘศᕸ࠿ࡽ࿘᪉ྥ࡟ᑐࡍࡿᖹᆒ್ M ࡜ᶆ‽೫ᕪ σ ࠿ࡽ௨ୗࡢࡼ࠺࡟┠ⓗ㛵ᩘ f ࢆᐃ⩏ࡋࡓࠋ݂ൌ‫ ܯ‬െ ‫ܯ‬଴ ɐ଴ െ ɐ൅‫ܯ‬଴ɐ଴ൌ‫ܯ‬ɐെ‫ܯ‬଴ ɐ଴ൌ ‫ כܯ‬െ ɐ‫כ‬ࡓࡔࡋࠊM0ࠊσ0 ࡣࡑࢀࡒࢀࠊᚑ᮶ࡢ᩿⇕ᮦ㓄⨨࡟࠾ࡅࡿ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡢᖹᆒ್࡜ᶆ‽೫ᕪ࡛࠶ࡿࠋ┠ⓗ㛵ᩘࡣ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡢᖹᆒ್࡜ᶆ‽೫ᕪࡢᨵၿ⋡ࡢ࿴࡜ࡋ࡚ᐃ⩏ࡉࢀࠊࡇࢀࢆ᭱኱໬ࡍࡿࡇ࡜࡛ᆒ୍࡛ࠊ࠿ࡘ㧗࠸⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࢆ㐩ᡂࡍࡿ᩿⇕ᮦࡢ⇕ఏᑟ⋡㓄⨨ࢆồࡵࡓࠋ᭱㐺໬࡟ࡣ࣋࢖ࢬ᭱㐺໬ࢆ౑⏝ࡋࡓࠋ

(a)
(c)

(b)

➨ 1 ᅗ: ␗࡞ࡿ⇕ఏᑟ⋡ࢆᣢࡘ㸷ࡘࡢ᩿⇕ᮦ㓄⨨ᅗ(a)ࠊTSSG ἲ࡟⏝࠸ࡽࢀࡿᐇ㦂⿦⨨ࡢᶍᘧᅗ(b)ࠊ⁐ᾮ㒊ศࡢᣑ኱ᅗ(c)㸱㸬⤖ᯝ࡜⪃ᐹ ᅗ 2 ࡟᭱㐺໬ࡢ⤖ᯝࢆ♧ࡍࠋᅗୖ࡛ᕥୖࡢ㡿ᇦࡀᆒ୍࡛㧗࠸⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘ࡛࠶ࡿࡇ࡜ࢆព࿡ࡍ
ࡿࠋ⌧ᅾᚓࡽࢀ࡚࠸ࡿ᭱㐺≧ែ㸦㟷Ⅼ㸧࡛ࡣࠊ⦪㍈࡟♧ࡉࢀࡓ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡢ኱ࡁࡉ㸦M*㸧ࢆಖࡕ࡞ࡀࡽࠊᶓ㍈࡟♧ࡉࢀࡓᆒ୍ᗘ㸦σ*㸧ࡢᨵၿ࡟ᡂຌࡋ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡿࠋࡉࡽ࡟ࠊᅗ 2 ࡟Ⰽ௜ࡁࡢ୸Ⅼ࡛♧ࡉࢀࡓࣃ࣮ࣞࢺゎୖࡢ 3 Ⅼ࡜㏫୕ゅ࡛♧ࡉࢀࡓึᮇ≧ែ࡟࠾ࡅࡿ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘ
ࢆᅗ 3 ࡟♧ࡍࠋࣃ࣮ࣞࢺゎୖࡢྛⅬ࡟࠾࠸࡚ࠊ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡢᆒ୍ᗘࡀᨵၿࡉࢀ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀࢃ
࠿ࡿࠋ
ࡉࡽ࡟ྛⅬ࡟࠾ࡅࡿ᩿⇕ᮦ㓄⨨࡜ ᗘศᕸࢆᅗ 4 ࡟ࠊࡑࡋ࡚⁐ᾮ⾲㠃ୖ࡟࠾ࡅࡿ ᗘศᕸࠊᗘ໙㓄ࢆᅗ 5 ࡟♧ࡍࠋᅗ 4 ࠿ࡽࠊᆒ୍࡞⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡀᚓࡽࢀࡓ⇕ఏᑟ⋡ࡢ⤌ࡳྜࢃࡏ(a, b, c)࡟
࠾࠸࡚ࡣࠊ᩿⇕ᛶ⬟ࡢ㧗࠸㸦ప࠸⇕ఏᑟ⋡ࢆᣢࡘ㸧᩿⇕ᮦࡀ⁐ᾮ௜㏆࡟㓄⨨ࡉࢀࠊ᩿⇕ᛶ⬟ࡢప࠸㸦㧗࠸⇕ఏᑟ⋡ࢆᣢࡘ㸧᩿⇕ᮦࡀ⁐ᾮ࠿ࡽ㞳ࢀࡓࡿࡘࡰୖ㒊࡟㓄⨨ࡉࢀ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡿࠋ

スーパーコンピューティングニュース
- 38 -Vol. 25, No.22023ࡇࢀ࡟ࡼࡾࠊຍ⇕ቨ㸦Heating wall㸧࠿ࡽ⁐ᾮ㒊࡟ఏࢃࡿ⇕㔞ࡀῶᑡࡋࠊࡿࡘࡰୖ㒊࠿ࡽ᤼⇕ࡉࢀࡿ࡜࠸࠺⇕ࡢ⛣ືࡀ⏕ࡌ࡚࠸ࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡿࠋࡑࡢ⤖ᯝࠊᅗ 5 ࡟♧ࡍࡼ࠺࡟⁐ᾮ⾲㠃ୖ࡟࠾ࡅࡿᗘᕪ࡜ ᗘ໙㓄ࡀῶᑡࡋࠊ ᗘ໙㓄⏤᮶ࡢ࣐ࣛࣥࢦࢽᑐὶࡀᢚไࡉࢀࠊ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡀᨵၿࡉ
ࢀࡓ࡜⪃࠼ࡽࢀࡿࠋࡇࢀࡽࡢ⤖ᯝ࠿ࡽࠊഃ㠃࠿ࡽࡢ⁐ᾮ㒊࡟ᑐࡍࡿ⇕ࡢ㍺㏦㔞ࢆไᚚࡍࡿࡇ࡜࡛ࠊ࣐ࣛࣥࢦࢽᑐὶࢆᢚไࡍࡿࡓࡵࡢ ᗘศᕸࡀᚓࡽࢀࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡗࡓࠋ

➨ 2 ᅗ: ࣋࢖ࢬ᭱㐺໬࡟ࡼࡾᥦ᱌ࡉࢀࡓࣃ࣓࣮ࣛࢱ࡟࠾ࡅࡿ
⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡢᖹᆒ್࡜ᶆ‽೫ᕪ㸦a㸧࡟࠾࠸࡚ᕥ࡟࠶ࡿⅬ࡯࡝ప࠸ᶆ‽೫ᕪࠊࡘࡲࡾᆒ୍࡞ᡂ㛗㏿ᗘ࡛࠶ࡿࡇ࡜ࢆព࿡ࡋࠊୖ࡟࠶ࡿⅬ࡯࡝㧗࠸ᖹᆒ್ࠊࡘࡲࡾ኱ࡁ࡞ᡂ㛗㏿ᗘ࡛࠶ࡿࡇ࡜ࢆព࿡ࡍࡿࠋ⅊ⰍࠊⓑⰍࡢ୸Ⅼࡣࡑࢀࡒࢀࠊ࣋࢖ࢬ᭱㐺໬࡟ࡼࡾᥦ᱌ࡉࢀࡓࣃ࣓࣮ࣛࢱ࡜ึᮇࢹ࣮ࢱࢭࢵࢺ࡟࠾ࡅࡿィ⟬⤖ᯝࢆ♧ࡋࠊ㉥Ⰽࡢ㏫୕ゅᙧࡣᚑ᮶ࡢ༢୍ࡢ᩿⇕ᮦ㓄⨨࡟࠾ࡅࡿィ⟬⤖ᯝࢆ♧ࡍࠋ࣋࢖ࢬ᭱㐺໬ࡢࡓࡵࡢึᮇࢹ࣮ࢱࢭࢵࢺࡣࣛࣥࢲ࣒࡟ࣃ࣓࣮ࣛࢱࢆኚ᭦ࡋ࡚⏕ᡂ
ࡋࡓࠋ

(a)

(b)

(c)

(d)

➨ 3 ᅗ: ᅗ㸰࡟࠾࠸࡚Ⰽ௜ࡁࡢ୸Ⅼ࡛♧ࡉࢀࡓⅬ࡟࠾ࡅࡿ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࠋ
㸦a㸧ࡣ⥳Ⅼࠊ(b)ࡣ㟷Ⅼࠊ(c)ࡣ㯤Ⅼࠊ(d)ࡣᚑ᮶ࡢ᩿⇕ᮦࢆ౑⏝ࡋࡓ㝿ࡢ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࢆ♧ࡍࠋ(a), (b), (c)࡟࠾
ࡅࡿ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡢᆒ୍ᗘࡣᚑ᮶ࡢࡶࡢ࡜ẚ㍑ࡋ࡚ࡑࢀࡒࢀࠊ+38%, +48%, +58%ᨵၿࡉࢀࡓࠋ



スーパーコンピューティングニュース
- 39-

Vol. 25, No.2

2023

(a)

(b)

(c)

(d)

➨ 4 ᅗ: ➨㸰ᅗࡢ⥳(a), 㟷(b), 㯤(c)Ⅼ࡜ᚑ᮶(d)ࡢ᩿⇕ᮦ㓄⨨ࠋᕥഃ࡟᩿⇕ᮦࡢ⇕ఏᑟ⋡ࠊྑഃ࡟ᗘศᕸࢆ♧ࡋࡓࠋ⇕ఏᑟ⋡࡟ᑐࡋ࡚ࡣ㐪࠸ࢆᙉㄪࡍࡿࡓࡵ࡟ࠊᑐᩘࢫࢣ

࣮ࣝࡢ࣮࢝ࣛࣂ࣮ࢆ౑⏝ࡋࡓࠋ

(b)

(a)

➨ 5 ᅗ: ⮬⏤⏺㠃࡟࠾ࡅࡿᗘศᕸ(a)࡜⮬⏤⏺㠃ୖࡢ⤖ᬗ௜㏆࡟࠾ࡅࡿ ᗘ໙㓄(b)⥺ࡢⰍࡣᅗ㸰ࡢⅬࡢⰍ࡟┦ᙜࡍࡿࠋ㸲㸬⤖ゝ Ⅳ໬ࢣ࢖⣲⤖ᬗᡂ㛗ࡢࡓࡵࡢ TSSG ἲ࡟࠾࠸࡚ࠊ࣋࢖ࢬ᭱㐺໬࡟ࡼࡾ㑅ᢥࡉࢀࡓ⇕ఏᑟ⋡ࡢ␗࡞ࡿ」ᩘࡢ᩿⇕ᮦࢆ⏝࠸ࡿࡇ࡜࡛ࠊ⤖ᬗᡂ㛗㏿ᗘࡢ኱ࡁࡉࢆಖࡕ࡞ࡀࡽࠊᆒ୍ᗘࡢᨵၿ࡟ᡂຌࡋ
ࡓࠋᨵၿ࡟ᡂຌࡋࡓ᩿⇕ᮦࡢ⤌ࡳྜࢃࡏ࡟࠾ࡅࡿ ᗘศᕸ࠿ࡽࠊ⁐ᾮഃ㠃࠿ࡽࡢ⇕ࡢ㍺㏦㔞ࡢไᚚࡀ㧗ရ㉁࡞⤖ᬗస〇࡟ᚲせ࡛࠶ࡿࡇ࡜ࡀࢃ࠿ࡗࡓࠋ

スーパーコンピューティングニュース
- 40 -

Vol. 25, No.22023

ᘬ ⏝ ᩥ ⊩[1] Q. Xun et al., Renew. Sust. Energ. Rev. 70 (2017), 1336-1342.
[2] T. Yamamoto et al., J. Cryst. Growth, 470 (2017) 75-88.
[3] T. Horiuchi et al., J. Cryst. Growth, 517 (2019) 59-63.
[4] P. M. Gresho, J. J. Derby, J. Cryst. Growth, 85 (1987) 40-48.

スーパーコンピューティングニュース
- 41-

Vol. 25, No.22023