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なぜ無重力で半導体をつくるのか

 「よい半導体」の条件を考えてみると、なぜ無重力で半導体をつくるのかわかるはずだ。

 まず、不純物の混入防止。物質を空中に浮かせることで、容器からの不純物の混入が防げる(参照:光通信や各種レーザー機器に必要な純度の高いガラスを、無重力を利用してつくる実験がすすめられている。不純物が入るのを防ぐためだが、なぜ無重力を利用するのだろうか?)。

 次は、均一分布。無重力では、重いものも軽いものもよく混ざる(参照:水と油が分離したタイプのドレッシングがある。このドレッシングのビンを振ると、水と油は一時的に混ざるが、すぐ分離してしまう。このドレッシングのビンを宇宙船内で振ると、混ざった水と油は分離するのだろうか?)。均一分布には好都合だ。

 最後は、結晶の乱れ。結晶が冷えて固まるとき、重力があると上の結晶の重みで下の結晶の形がくずれることがあるが(とうふを重ねていくと下のものがこわれるのと同じ)、無重力ではそのようなことがない。また、無重力では熱による対流がないので(参照:無重力でろうそくに火をつけると、そのまま燃え続けるだろうか?
)、結晶を成長させるとき、熱対流による乱れが起きない。

 以上のように、半導体の結晶をつくるには、無重力は理想的な状態なのだ。

(注)無重力では、熱による対流はないが、温度による液体の表面張力の違いが原因で「マランゴニ対流」という対流が生じることがわかった。したがって、必ずしも上で述べたように簡単にはいかないこともあるが、無重力が魅力的な条件であることに変わりはない。

※特に断りのない限り、画像クレジットは©JAXA