セラミックス/金属界面の原子・分子レベル設計

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 06044059
• Research Institution: University of Tokyo
• Principal Investigator: 須賀 唯知 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (40175401)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 香山 正憲 工業技術院, 大阪工業技術試験所・ガラスセラミックス材料部, 主任研究官 ; OHUCHI Fumio Dept. of Materials Science and Engineerin, 教授 ; 伊藤 寿浩 東京大学, 先端科学技術研究センター, 講師 (80262111)
• Keywords: SiC-Al界面 / 第一原理分子動力学 / 電子構造 / 凝着エネルギー / 電子顕微鏡 / 変形 / セラミックス-金属界面 / サファイア-Al界面

Research Abstract

密度汎関数法に基づいた第一原理分子動力学法によって、セラミックス-金属界面の凝着エネルギーならびに原子構造、電子構造を明らかにした。この研究は、ワシントン大のOhuchi教授と大阪工試の香山博士の密接な協力のもとに分担、遂行されたものである。その結果のうち特に重要な発見は、SiC(110)-AlならびにSiC(100)-Alの接合において、接合界面では非常に強いC-Al間の引力相互作用が存在すること、またこの結合がイオン性と共有結合性の両者の結果を持っていることを示した点である。その結果この相互作用がSiCとAlの接合メカニズムに最も寄与しているものと考えられる。この結果は、須賀教授らによる表面活性化接合の実験結果と良く一致している。すなわち、マクロな強度評価においても、CとAlの結合がSiとAlの結合よりも大きいことが示唆されており、シュミレーションの結果と一致する。また、昨年度継続している高分解能電子顕微鏡による接合界面の微細構造観察によっても、クリーンな表面間でのセラミックス-金属間の直接接合が確認された。ただし、A1203とAl間の接合界面に関する高分解能TEMによる評価では、接合界面に数nmの厚さのA1203の構造ともAlの構造とも異なる構造を有する中間層の存在が明らかになっている。この中間層は接触による局所的な強変形ないしはセラミックス-金属間の格子のミスマッチを起因するものであると予想される。
これらの結果は今後のセラミックス-金属界面の原子・電子レベルでの設計に大きく寄与するものと予想される。また、これらを結果をパッケージング技術へ適用についても調査研究を行い、その可能性が有望であるという結果を得ている。

Research Products

• [Publications] M.Koyama: "Ab Initio Calculations for Sic-A1 Interfaces." Materials SScience Forum. 207-209. 269-272 (1996)
• [Publications] M.Koyama: "Ab Initio Calculations for Sic-A1 Interfaces by Conjugate-Gradient Techniques." MAS Symp.Proc.408. 49-54 (1996)
• [Publications] M.Koyama: "Ab Initio Calculations for Sic-A1 Interfaces : Tests of Electronic-Minimization Techniques." Modellin Simul.Master.Sci.Eng.4. 397-408 (1996)
• [Publications] N.Hosoda,L.YANG,T.Suga: "Reversible Interconnection by control of interface structure" 日本MRS1996年度学術シンポジウム. 92 (1996)
• [Publications] L.Yang,N.Hosoda,T.Suga: "TEM Inverstigation of the SUS/A1 Interface Created by the Surface Activated Bonding Method." 日本MRS1996年度学術シンポジウム. 151 (1996)
• [Publications] T.Suga: "Recent Progress of the Surface Activated Bonding" International Materials Conference Ceramic Microstructures '96 ″Control at the Atomic Level″. 57 (1996)
• [Publications] T.Suga: "The Surface Activated Bonding for Materials Interconnection" 8th Japan Institute of Materials International Symposium ″Interface Science and Materials Interconnection″. 2a1-6 (1996)
• [Publications] N.Hosoda,T.Suga: "Reversible Interconnection" 8th Japan Institute of Materials International Symposium ″Interface Science and Materials Interconnection″. p-64 (1996)
• [Publications] L.Yang,N.Hosoda,T.Suga: "Microstructure Evolution of Stainless-Steel/Aluminium Interface Created by the Surface Activated Bonding Method." 8th Japan Institute of Materials International Symposium ″Interface Science and Materials Interconnection″. 2p2-6 (1996)
• [Publications] T.R.Chung.L.Yang,N.Hosoda,T.Suga: "Room Temperature Wafer Direct Bonding by The Surface Activated Bonding Method" 8th Japan Institute of Materials International Symposium ″Interface Science and Materials Interconnection″. p-63 (1996)
• [Publications] T.Akatsu,I,Misumi,G.Sasaki,N.Hosoda,T.Suga: "Microstructure of Metal-Ceramic Interfaces Fabricated Using the Surface Activated Bonding Method" 8th Japan Institute of Materials International Symposium ″Interface Science and Materials Interconnection″. p-62 (1996)
• [Publications] H.Takagi,R.Maeda,T.R.Chung,T.Suga: "Room Temperature Bonding of Silicon Wafers by The Surface Activation Method" 8th Japan Institute of Materials International Symposium ″Interface Science and Materials Interconnection″. 2p2-3 (1996)
• [Publications] A.C.Rechards,M.R.Richards and F.S.Ohuchi: "A New,Versatile Coating Technique : Levitation Chemical Vapor Deposition" Surface Coating Engieering. (In Press). (1997)
• [Publications] T.W.Little and S.S.Ohuchi: "″X-ray photoelectron spectroscopy investigation of the interaction of NF3 with silicon" Materials Research Society Proceeding. (In Press). (1997)
• [Publications] H.L.Bech,M.H.Lee,and F.S.Ohuchi: "Effect of ion bombardment on chemical interactions at SiC surface and A1/SiC interfaces" Materials Research Society Proceeding. (In Press). (1997)
• [Publications] H.L.Bech,and F.S.Ohuchi: "Aluminum-Silicon Carbide Interfaces : Effects Of Ion Bombardment On Chemical Interactions" the 8th Japan Institute of Metals International Symposium. (1996)
• [Publications] H.L.Bech and F.S.Ohuchi: "Preferential Sputtering of SiC (001) by Ar+Ion Beam" in preparation.
• [Publications] 葛巻徹,林卓哉,市野瀬英喜,宮澤薫一,伊藤邦夫,石田洋一: "塑性変形したカーボンナノチューブの微細組織" 日本金属学会誌. 60・1. 1-5 (1996)