成果報告書詳細
管理番号20100000002202
タイトル*平成21年度中間年報 エネルギー使用合理化技術戦略的開発/エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発/大口径NTDーSi半導体の均一照射技術に関する研究
公開日2010/11/10
報告書年度2009 - 2009
委託先名独立行政法人日本原子力研究開発機構
プロジェクト番号P03033
部署名省エネルギー技術開発部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1.研究開発の内容及び成果等
原子炉における半導体製造方法は中性子核変換ドーピング(Neutron Transmutation Doping :NTD)法と呼ばれており、この方法は天然のシリコン中の30Si(天然存在比:3.05%)に中性子を照射することによって、30Siをリン(31P)に核変換し、シリコン中にリンを均一に添加(ドープ)するものである。抵抗率の均一性は耐圧不良、オン抵抗のバラツキ、素子間の抵抗値のバラツキ等を低く抑えることが可能であり、高い信頼性を要求する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor)へ応用されている。特に高耐圧のIGBTでは、抵抗率の均一性が重要であり、NTD-Siが使用されている。製造コスト低減のためにウェーハサイズの大口径化を進めると、高い均一性を有するNTD-Siでも次第に面内抵抗率の均一性の低下を引き起こす。したがって、我々は高耐圧IGBTに対応するために、12インチ径ウェーハの面内抵抗率の非均一性を改善する中性子照射技術の確立を目指す。本研究では、まず、12インチ径NTD-Siの径方向中性子束分布を改善する照射条件を解析的に見出し、この条件を実現するための照射実験装置を開発する。この照射実験装置を研究用原子炉JRR-4(東海村、3.5MW)に設置し、照射実験を行うことにより、照射装置の設計手法の妥当性を確証する。次に、この設計手法を用いて、国内の高出力研究用原子炉JRR-3(東海村、20MW)への12インチ径の照射装置の導入を検討し、JRR-3の改造計画を取りまとめる。JRR-3の改造計画では、12インチ径照射装置の導入時に必要となる重水タンクの更新作業について、その作業内容の検討を行う。更に、本格的なNTD-Si需要を支えるために産業用シリコン照射炉の炉心設計及び事業性について検討を行う。以下、平成21年度の活動で得られた研究成果を報告する。
英文要約Title: Study of Uniform Irradiation Technique for Large-Diameter NTD-Si (FY2007-FY2010) FY2009 Annual Report
A Neutron Transmutation Doped Silicon (NTD-Si) semiconductor promotes cost reduction effect of an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT). The market of IGBT will be more and more expanded to high hybrid cars, electric cars and fuel battery cars that can save the energy, because the IGBT require the high-grade substrate silicon doped by neutron. NTD method can make uniform doping more than other methods like gas-dope method. In the future, it is clear that popular diameter of silicon ingot will be 12 inch. Therefore it is important to improve neutron uniform irradiation technology for the large size silicon up to 12 inches diameter. In this development program, experimental equipment is designed by surveying analytically irradiation conditions to improve the neutron flux distribution in the radial direction for 12 inches NTD-Si with using a neutron transportation calculation code, and irradiation experiments will be carried out in JRR-4. In FY2009, the experimental equipment was installed on the JRR-4 core side and irradiation experiment of 12 inches Si sample was carried out to estimate the thermal neutron flux distribution within the Si sample. The sample was made by piling up 12 Si disks (301mmφ×40mm). Gold was installed in each disk. Thermal neutron flux was measured with a radiation method of gold. The experiment was carried out at the reactor power of 10kW. As the result of experiment, uniform flux distribution on a surface was accomplished. In consideration of the reconstruction of JRR-3, new heavy water tank was investigated in this year. Manufacturing lead time was mainly investigated. As the results, it was found that it took 43 months for manufacturing time for a new heavy water tank. In the study of an exclusive reactor for NTD-Si, thermal hydraulic characteristics about the core whose nuclear calculation was calculated last year were evaluated. As the result, the temperature of fuel surface was well below the ONB temperature, and DNBR was 3.5. Therefore it was indicated that the exclusive reactor didn’t have any problems in thermal hydraulic characteristics.
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