赤外線レーザ光弾性法による半導体用単結晶の光弾性物性の測定

• Project/Area Number: 08750121
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Materials/Mechanics of materials
• Research Institution: Tokyo Denki University
• Principal Investigator: 五味 健二 東京電機大学, 工学部, 助手 (60281408)
• Project Period (FY): 1996
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1996)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1996: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: Experimental Stress Analysis / Nondestructive Inspection / Material Testing / Photoelastic Modulator / Laser Photoelasticity

Research Abstract

赤外線光弾性実験法に光弾性変調器による高周波変調法を適用した装置を製作し,これを用いてSiおよびGaAsおよびエポキシ樹脂の光弾性特性を評価した.
SiおよびGaAsの光弾性定数はいずれも結晶面および結晶方位に依存して変化することが実験結果より明らかになった.光弾性定数Cは主応力差と複屈折位相差の比例定数である.主ひずみ差と複屈折位相差の比例定数を仮にDとおけばDはSiおよびGaAsの結晶面および結晶方位にほぼ依存しないことが応力-ひずみ解析により確認された.また,応力-ひずみ解析により得られた主ひずみ方向は実験で得られた複屈折の主軸方向に一致した.このことから,複屈折の主軸方向は主応力の方向ではなく主ひずみの方向に一致することが確認された.
主ひずみ差と複屈折位相差の比例定数がSiおよびGaAs以外の材料においても一定であることを確認するため,ガラス転移領域未満の様々な温度に保ったエポキシ樹脂のCおよびDをレーザ光弾性装置にて評価した.エポキシ樹脂は温度が上がれば軟化するためヤング率が減少する.このときCは増加したがDはほぼ一定であった.
主応力差と複屈折位相差の比例定数である光弾性定数Cは,等方性材料では一定値をとるが異方性材料では力学的特性の変化に応じて変化する.しかし主ひずみ差と複屈折位相差の比例定数Dは,材料の力学的特性の変化にほぼ依存せず,同一材料であればほぼ一定値をとることが実験結果より明らかになった.また,複屈折の主軸方向は主応力ではなく主ひずみの方向に一致することが確認された.

Research Products

• [Publications] Yasushi NIITSU,Kenji GOMI and Kensuke ICHINOSE: "Development of Scanning Stress Measurement Method Using Laser Photoelasticity" JSME International Journal. (印刷中).
• [Publications] Kenji GOMI and Yasushi Niitsu: "Photoelastic Property of Gallium Arsenide Crystal" Proc.of ASME Int.,Intersociety Electronic & Photonic Packaging Conference. (印刷中).
• [Publications] 五味・新津: "GaAs単結晶の結晶方位が光弾性特性におよぼす影響" 日本機械学会論文集. (印刷中).
• [Publications] Kenji GOMI and Yasushi Niitsu: "Effect of crystalline orientation on photoelastic constant of Si single crystal" Proc of SPIE Int.Sympo.on Polarization Analysis and Applications to Device Technology. 238-241 (1996)
• [Publications] Yasushi NIITSU and Kenji GOMI: "Stress Measurement by Infrared Laser Photoelasticity" Proc of SEM VIII Int.Congress on Experimental Mechanics and Manufacture's Exhibit. 421-422 (1996)
• [Publications] Yasushi NIITSU and Kenji GOMI: "Photoelastic Property of Silicon Single Crystal" Proc of SEM VIII Int.Congress on Experimental Mechanics and Manufacture's Exhibit. 368-369 (1996)