Precise Measurement of density and structure of undercooled molten silicon by using synchrotron radiation combined with electromagnetic levitation technique

電磁浮遊法と放射光の組合せを用いた過冷却融液シリコンの密度と構造の精密測定

樋口 健介*; 木村 格良*; 水野 章敏*; 渡辺 匡人*; 片山 芳則; 栗林 一彦*

Higuchi, Kensuke*; Kimura, Kakuryo*; Mizuno, Akitoshi*; Watanabe, Masahito*; Katayama, Yoshinori; Kuribayashi, Kazuhiko*

過冷却領域を含んだ広い温度領域の融液シリコンの原子構造を調べるために、X線回折と密度の同時測定が電磁浮遊法を用いて行われた。密度は質量と浮遊させた試料の形状から、画像解析技術を基礎とした非接触法を用いて求められた。X線回折実験は、日本のSPrin-8の放射光を用いて行われた。過冷却融液シリコンの構造解析から、第一近接原子の配位数と原子間距離が、約5及び2.48と求められた。両者とも1900Kから1550Kの間で温度依存性を持たなかった。この結果から、われわれは、過冷却融液シリコンの正四面体形結合が基礎となる近距離秩序は過冷却度によって変化しないが、中距離秩序は過冷却度によって変化すると結論する。

X-ray diffraction and density measurements have been simultaneously performed to investigate the atomic structure of molten silicon in wide temperature range including undercooling region by using the electromagnetic levitation technique. The density was obtained from the mass and the shape of levitated sample by non-contact method based on the image analysis technique. X-ray diffraction experiments were performed by using the synchrotron radiation at SPring8, Japan. From structural analysis of undercooled molten silicon, first nearest neighbour coordination numbers and interatomic distances were about 5 and 2.48 with no dependence on temperature in the range of 1900-1550 K. We conclude as a result that the short-range order based on tetrahedral bonds of undercooled molten silicon does not change with the degree of undercoolings but medium-range order changes by the degree of undercoolings.