微視機構の操作に立脚した薄膜付着強度の尺度の確立と評価法の構築

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08455050
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 阿部 博之 東北大学, 総長 (00005266)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丹野 顯 宮城工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (90113860) ; 萓場 智雄 東北大学, 工学部, 助手 (60250677) ; 坂 真澄 東北大学, 工学部, 教授 (20158918)
• Keywords: ダイヤモンド薄膜 / 付着強度 / 核発生密度 / 単独核破壊試験 / 超音波 / 透過波形 / 周波数特性 / せん断応力

Research Abstract

本研究は,真の薄膜付着強度の尺度を定義し,同時に超音波を用いた薄膜付着強度の定量的非破壊評価手法を確立することを目的とするものである。本年度は,以下の項目に関する研究を行った。
1.微視機構の操作による薄膜付着強度の尺度の検討 プラズマ気相合成法による基板上へのダイヤモンド形成を行い,電子顕微鏡を用いて核発生・成長プロセスの解析を行った。これにより基板上に孤独に発生した核が成長し互いに連結して膜になる過程を確認するとともに,新たに電子顕微鏡内において単独核の破壊試験を行うことにより,核の基盤への付着力を評価することに成功した。また同時に,異なる基盤の処理方法による核発生密度の変化を把握し,薄膜の付着強度の尺度を複数核の基盤への付着力に準拠したものとして明確化するための検討を行った。
2.斜入射超音波透過特性に関する実験・理論 ダイヤモンド薄膜と窒化ケイ素基板からなる試験片を用いて,斜めに入射させた超音波の透過波形の計測を行った。得られた波形を用いて周波数解析を行った結果,探触子の中心周波数付近での透過率の極大値は,付着状態が良くなるに従い増加することがわかった。次にこの結果を踏まえ,薄膜と基板の界面における境界条件として,せん断応力の連続性を仮定した場合とせん断応力を零とした場合の二つの理論モデルにおける透過率の計算を行った。実験値と計算値を比較することにより,界面におけるせん断応力の伝達特性の違いが中心周波数付近の透過率の極大値に影響を与えることが明確となり,斜入射超音波透過特性を計測する本手法が,薄膜の付着状態を定量的に評価するものであることを検証した。

Research Products

• [Publications] 笹川 和彦(中村直章,坂 真澄,阿部博之): "角部に丸みを有する金属薄膜配線のエレクトロマイグレーション" 日本機械学会 平成8年度材料力学部門講演会 講演論文集(B). No. 96-10. 481-482 (1996)
• [Publications] M. Saka (S. Sato and H. Abe): "Quantitative Nondestructive Evaluation of Adhesion of Diamond Film Using Ultrasonic Angle Beam Technique" NDT & International. (掲載予定). (1997)
• [Publications] 神谷 庄司(佐藤真樹,坂 真澄,阿部博之): "石英ガラス基板上におけるダイヤモンド薄膜の破壊挙動" 日本機械学会関西支部第72期定時総会講演会 講演論文集. (掲載予定). (1997)
• [Publications] 笹川 和彦(本間良和,坂 真澄,阿部博之): "折れ曲がる金属薄膜配線のエレクトロマイグレーション" 日本機械学会 第74期通常総会講演会 講演論文集. (掲載予定). (1997)
• [Publications] K. Sasagawa (Y. Honma, M. Saka and H. Abe): "Analysis of Electromigration in Angled Metal Line" Experimental/Numerical Mechanics in Electronic Packaging. 1(掲載予定). (1997)