Evaluation of multiaxial low cycle creep-fatigue life for Mod.9Cr-1Mo steel under non-proportional loading

中山 雄太*; 小川 文男*; 旭吉 雅健*; 橋立 竜太; 若井 隆純; 伊藤 隆基*

ISIJ International, 61(8), p.2299 - 2304, 2021/08

https://doi.org/10.2355/isijinternational.ISIJINT-2020-780

高温において多軸負荷を受ける改良9Cr-1Mo鋼のクリープ疲労強度について述べる。中空円筒試験片を用いて、さまざまなひずみ波形での低サイクル疲労試験を実施した。低サイクル疲労試験は、軸ひずみを固定した比例負荷と、軸ひずみとせん断ひずみの位相差が90度の非比例負荷の下で実施した。応力緩和とひずみ保持が破壊寿命に及ぼす影響を検討するために、さまざまなひずみ速度での低サイクル疲労試験とさまざまな保持時間でのクリープ疲労試験も実施した。2種類の多軸クリープ疲労寿命評価方法を提案した。第一の方法は、非比例負荷係数とクリープ損傷を考慮したマンソンのユニバーサルスロープ法を使用してひずみ範囲を計算する。第二の方法は、線形損傷則を用いて非比例負荷係数を考慮して疲労損傷を計算し、修正延性損耗則からクリープ損傷を計算する。第二の方法は精度が優れ、第一の方法はそれより精度は劣るが、実用性が高い。

改良9Cr-1Mo鋼のクリープ特性に及ぼす試験片寸法および酸素分圧の影響

金山 英幸; 旭吉 雅健*; 伊藤 隆基*; 小川 文男*; 若井 隆純

材料, 66(2), p.86 - 92, 2017/02

https://doi.org/10.2472/jsms.66.86

本研究では、改良9Cr-1Mo鋼を供試材として、直径6mmの中実丸棒型試験片、直径2mmの小型中実丸棒型試験片および試験片厚さ0.76mm薄板型試験片の寸法が異なる3種類の試験片を用いて、大気中、純度99.99%のArガス雰囲気中および真空中の3種類の異なる雰囲気でクリープ試験を行った。873K、160MPaでの改良9Cr-1Mo鋼のクリープ破断時間は同じ試験雰囲気では試験片寸法の違いに拘わらず同程度の値を取った。同じ試験片寸法のクリープ破断寿命は、大気中と真空中では同程度となり、Arガス中では大気中の半分以下となった。大気中試験およびArガス中試験では試験片表面にCr酸化物を形成したが、真空中試験ではCr酸化物が形成されなかった。クリープ破断寿命を決定するのはCr酸化物サイズのみが支配要因ではないことが示唆された。Arガス中で行ったミニチュア試験片の試験片表面近傍にはCr酸化物が表面から割れて、粒界に沿って母材内部へ進展したき裂が観察され、クリープ破断寿命の低下に寄与した可能性がある。き裂進展による減肉量からArガス中での試験片寸法が及ぼすクリープ破断時間への影響を算出する式を提案した。

Electron radiation-induced defects in lattice mismatched InGaAs solar cells

佐々木 拓生*; 高本 達也*; 今泉 充*; 大島 武; 伊藤 久義; 山口 真史*

Proceedings of 7th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Application (RASEDA-7), p.165 - 168, 2006/10

格子不整合系の高効率多接合太陽電池のミドルセルとして期待されるInGaAs太陽電池へ1MeV電子線を照射し、発生する欠陥をDLTS(Deep Level Transient Spectroscopy)により調べた。InGaAsはGaAs基板上に有機金属化学気相成長(MOCVD)法により作製した。作製の際に行った熱サイクル処理(TCA)の回数と電子線照射により発生する欠陥の関係を調べた結果、TCA回数の増加とともにH1(E+0.26meV),E1(E-0.32meV),E2(E-0.52meV)のすべての欠陥ピークは減少し、残留する欠陥濃度はTCAにより減少していくことが見いだされた。TCAにより結晶性が向上することから、格子不整合系では未照射時における結晶性が耐放射線性にとって重要であり、TCAを行うことで照射欠陥の生成量を低減できることが判明した。

Minority-carrier injection-enhanced recovery of radiation-induced defects in AlInGaP solar cells

Lee, H. S.*; 山口 真史*; Ekins-Daukes, N. J.*; Khan, A.*; 高本 達也*; 今泉 充*; 大島 武; 伊藤 久義

Proceedings of 2006 IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion (WCPEC-4) (CD-ROM), p.1826 - 1829, 2006/05

次期宇宙用多接合太陽電池のトップセルとして期待されるAlInGaP太陽電池の照射欠陥をDLTSにより調べた。有機金属化学気相成長(MOCVD)法によりGaAs基板上に作製したAlInGaP太陽電池へ1MeV電子線を110310/cm照射した。照射試料をDLTS測定したところ、H1(E+0.50eV)とH2(E+0.90eV)、の二つの多数キャリア捕獲中心及びE2(E-0.70eV)とE3(E-0.85eV)の二つの小数キャリア捕獲中心が観測された。さらに、電子線照射した太陽電池へ0.1A/cmの電流注入を行ったところH1及びH2中心の濃度が減少することが見いだされた。電流注入温度とH1, H2中心の減少量の関係から欠陥アニール率を求めたところ、欠陥回復の活性化エネルギーとしてH1は0.50eV、H2は0.60eVが決定できた。

Deep-level defects introduced by 1 MeV electron radiation in AlInGaP for multijunction space solar cells

Lee, H. S.*; 山口 真史*; Ekins-Daukes, N. J.*; Khan, A.*; 高本 達也*; 安居院 高明*; 上村 邦夫*; 兼岩 実*; 今泉 充*; 大島 武; et al.

Journal of Applied Physics, 98(9), p.093701_1 - 093701_4, 2005/11

https://doi.org/10.1063/1.2115095

変換効率30%以上を有する新型宇宙用三接合太陽電池のトップセルとして期待されているAlInGaP半導体へ1MeV電子線照射を行い、キャリア(正孔)濃度の変化及び深い準位の欠陥の発生を調べた。ホール測定により基板の正孔濃度を調べた結果、電子線照射量の増加とともに減少すること、キャリア減少率が1/cmであることが見いだされた。このキャリア減少率は、現在多接合太陽電池のトップセルとして用いられているInGaPの210/cmに比べ小さい値であり、耐放射線性に優れていることが明らかになった。また、450Kまでの深部準位(DLTS)測定を行うことで、照射によりH1, H2の二つの正孔トラップとE1, E2, E3という三つの電子トラップが発生することを見いだし、これらのトラップの温度依存性を解析することでH1がE+0.50V、H2がE+0.90V、E2がE-0.70V、E3がE-0.70Vのエネルギー準位に存在することを決定した。さらにH1及びH2の導入率を見積もったところ0.39/cmであり、キャリア減少率の1/cmとは直接対応しないことが判明し、正孔濃度減少の起源はH1やH2の生成とは関係が薄いことが示唆された。電流注入による劣化の回復減量を調べるために照射後試料に100mA/cmの電流注入を行った。その結果、H2トラップが注入時間の増加とともに減少することが見いだされ、電流注入温度とH2減少量の関係からアニーリング活性化エネルギーを見積もったところ0.60eVが決定できた。

Defect observation of AlInGaP irradiated with 30 keV protons for multi-junction space solar cells

Lee, H. S.*; Ekins-Daukes, N. J.*; 佐々木 拓生*; 山口 真史*; Khan, A.*; 高本 達也*; 安居院 高明*; 上村 邦夫*; 兼岩 実*; 今泉 充*; et al.

Proceedings of 31st IEEE Photovoltaic Specialists Conference and Exhibition (PVSC-31), p.556 - 558, 2005/00

AlInGaP太陽電池及びダイオードへ30keV陽子線を照射し、太陽電池特性の変化及び発生欠陥を観察した。DLTS法を用い、欠陥を調べたところ正孔捕獲中心としてHP1(E+1.57eV)とHP2(E+1.19eV)を、電子捕獲中心としてEP1(E-0.54eV)とEP2(E-0.71eV)を新たに見いだした。太陽電池特性の変化を調べた結果、110/cm照射によりフィルファクターの劣化が大きくなることで最大電力が急激に減少することがわかった。また、この線量域では、基板の多数キャリアの減少により短絡電流が若干上昇した後、急落する現象も観察された。InGaP太陽電池とAlInGaP太陽電池の特性劣化を比較したところ、AlInGaPの方が耐放射線性に優れており、宇宙応用に適していることが示唆された。

Low energy proton-induced defects on n/p InGaP solar cell

Dharmarasu, N.*; 山口 真史*; Khan, A.*; 高本 達也*; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; 松田 純夫*

Solar Energy Materials and Solar Cells, 75(1-2), p.327 - 333, 2003/01

https://doi.org/10.1016/S0927-0248(02)00176-9

多接合太陽電池のトップセルであるn/p接合InGaP構造に100keV陽子線を照射し、電気特性に及ぼす効果をC-V測定法及びDLTS法により調べた。n/p接合InGaPは有機金属気相成長(MOCVD)法により作製し、陽子線照射は室温で1E12/cmまで行った。キャリア濃度の照射量依存性よりキャリア濃度減少率を見積もったところ6.1E4cmが得られた。また、DLTS測定の結果、照射により400K付近にピーク(H1)が発生することがわかった。キャリア濃度測定の結果と比較することで、H1ピークはキャリア捕獲中心として働くことが判明した。

Majority- and minority-carrier deep level traps in proton-irradiated -InGaP space solar cells

Dharmarasu, N.*; 山口 真史*; Bourgoin, J. C.*; 高本 達也*; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; 松田 純夫*

Applied Physics Letters, 81(1), p.64 - 66, 2002/07

https://doi.org/10.1063/1.1491005

n/p-InGaP太陽電池に0.38MeVから3MeVの陽子線を照射することで発生する欠陥をDLTS法を用いて調べた。その結果、HP1 (E+0.900.05eV),HP2 (E+0.730.05eV),H2 (E+0.55eV)とラベル付けされた3つの多数キャリア(ホール)トラップとEP1 (E 0.54eV)とラベル付けされた少数キャリアトラップを発見した。また、これらのトラップは全てキャリアの再結合中心として働くこと、H2は少数キャリア注入によって消滅することを見出した。

Deep-level transient spectroscopy analysis of proton-irradiated n/p InGaP solar cell

Dharmarasu, N.*; 山口 真史*; Khan, K.*; 高本 達也*; 大島 武; 伊藤 久義; 今泉 充*; 松田 純夫*

Physica B; Condensed Matter, 308-310, p.1181 - 1184, 2001/12

https://doi.org/10.1016/S0921-4526(01)00935-8

100keV陽子線照射(1E10, 5E12/cm)したInGaP半導体n+/p接合のキャリア濃度及び生成される欠陥準位を調べた。キャパシタンス測定の結果、キャリア濃度減少率として、1MeV電子線の0.93/cmより桁違いに大きい6.1E4/cmが見積もられた。またDLTS測定より欠陥準位を調べたところ、H1ピーク(Ev+0.90V対応)が観測された。このH1ピークが多数キャリア捕獲中心として働くことで、100keV陽子線照射では1MeV電子線照射に比べキャリア濃度減少率が大きいことが分かった。

大型炉特性解析法の研究(V)

竹田 敏一*; 伊藤 登*; 久語 輝彦*; 高元 政則*; 青木 繁明*; 川越 義広*; 仙石 勝久*; 田中 元成*; 吉村 明*; 民谷 正*; et al.

PNC TJ2605 89-001, 251 Pages, 1989/03

PNC-TJ2605-89-001.pdf:4.46MB

本報告書は次の6部から構成されている。第一部: ディカップリングの解析第二部: 臨界データによる実機炉心特性の精度評価第三部: 過渡特性解析法第四部: 3次元ヘキサーZコードの改良第五部: 中速スペクトル炉の研究第六部: 臨界安全のための反応度解析法