ナノクラック存在下での電子デバイス接合界面強さ

• Project/Area Number: 17760560
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Structural/Functional materials
• Research Institution: Yokohama National University (2006); The University of Tokyo (2005)
• Principal Investigator: 長谷川 誠 横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助手 (50376513)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2005: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
• Keywords: 接合体 / 界面強度 / ナノノッチ

Research Abstract

Siとガラスの接合体およびサファイアを三点曲げ試験に最適な形状に加工した後、界面に数10nm〜μmオーダーのノッチ(以後、ナノノッチとする)を導入し、ノッチ深さと破壊応力の関係を調べた。試験片を作製する手法を確立し、その界面に種々の深さのナノノッチを導入し、破壊試験を行った。その結果から、数10nmオーダーのクラックの存在による界面の破壊挙動を詳細に調べ、このオーダーでの界面剥離や未接合部の存在する場合の接合強さに対する力学的取り扱い方を検討した。
(1)試験片作製:試験片の大きさを、幅2mm、高さ1mm、長さ40mmに切り出した後、ダイアモンド研磨を行い、試験片表面の粗さが5nm以内に納まるように試料を作製した。その後、AFMでダイアモンドカンチレバーを使用し、界面の表面にノッチを導入した。最小で10nm、最大で210nmの深さを有するナノノッチを長さ1mm以上の長さにわたって導入した。
(2)ナノノッチ導入試料への力学試験:種々の深さのノッチを導入したSi/ガラス試料および未導入試料について、三点曲げ試験を行った。三点曲げ試験の支点間距離は30mmであった。ナノノッチは試験片中央部に長さ1mmにわたって導入した。また、同じ形状のサファイアについても、ナノノッチの影響のみを知るために、同様の試験を行った。
(3)フラクトグラフィー:AFM、高分解能SEMを用いて破面の詳細な観察を行い、ナノノッチ特有の現象の有無を調べた。
(4)結果のまとめ:Si/ガラス試料では、ばらつきが大きいものの、ノッチを導入した試料よりも未導入試料のほうが破壊応力は高い傾向にあった。しかし、ノッチ深さの違いによる破壊応力の違いは見出されなかった。均一な接合状態の界面が十分には得られなかった可能性がある。一方、サファイア試料の場合はノッチ深さの違いが破壊応力に反映された。