微視付着力の直接計測とダイヤモンド薄膜付着の新しい強度評価基準の創成

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09750094
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 神谷 庄司 東北大学, 大学院工学研究科, 講師 (00204628)
• Keywords: ダイヤモンド薄膜 / 付着強度 / 単独核破壊試験 / 結合エネルギー / 圧子押込み試験 / 荷重変位曲線 / はく離進展 / 界面破壊じん性

Research Abstract

本研究は、博膜を構成する結晶核単独の付着力に着目し、これに基づいてダイヤモンド薄膜の寸着強度評価を行う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.走査電子顕微鏡を用いた核形成の観察とその付着力の計測
マイクロ波プラズマCVD装置により基板上に合成されたダイヤモンドを電子顕微鏡により観察し、離散的に発生した核が成長し、互いに合体して膜を形成する過程を把握した。連続した膜を形成する以前の独立したダイヤモンド粒子に対し、環境制御型走査電子顕微鏡内で触針により外力を負荷し、結晶核単独の破壊試験行った。さらにこの結果に基づき、ダイヤモンド粒子と基板との界面におけるき裂進展挙動を解析し、CVDにより合成されたダイヤモンドと基板との結合エネルギーを定量評価することに成功した。CVDダイヤモンドと基板との結合エネルギーの定量評価は、世界的にも前側がない。
2.ダイヤモンド薄膜のリアルタイム破壊挙動観察
上記1の観察結果から核発生密度を既知としたダイヤモンド薄膜に対し、ビッカース庄子を押込むことによるはく離破壊試験を行った。破壊挙動の詳細な観察に基づいて、押込み時の荷重変位曲線より得られる散逸エネルギーから基板の塑性変形に要したエネルギーを除去し、薄膜のはく離進展に伴つて解放されるエネルギーを実験的に算出した。この結果と上記の単独核の破壊試験の結果とを比較し、複数の核により基板に付着する薄膜の付着エネルギーすなわち薄膜の界面破壊じん性を、圧子の押込みの際の破壊挙動により定量的に評価する手順の検討を行った。

Research Products

• [Publications] S. Kamiya (H. Takahashi, M. Saka and H. Abe): "Direct Measurement of the Adhesive Fracture Resistance of CVD Diamond Particles" Application of Fracture Mechanics in Electronic Packaging, ASME. AMD-222/ EEP-20. 169-174 (1997)
• [Publications] S,Kamiya (M. Sato, M. Saka and H.Abe): "Fracture Toughness Estimation of Thin Chcmica1 Vapor Dcposition Diamond Films Based on the Spontaneous Fracture Behavior on Quartz Glass Substrates" Journal of Applied Physics. 82・12. 6056-6061 (1997)
• [Publications] 神谷 庄司(浅田伸司, 丹野 顕, 坂 真澄, 阿部博之): "庄子押込みによるダイヤモンド薄膜の破壊挙動実時間観察" 日本機械学会東北支部第33期総会・講演会講演論文集. (掲載予定). (1998)
• [Publications] 神谷 庄司(佐藤真樹, 坂 真澄, 阿部博之): "気相合成ダイヤモンド薄膜中の残留応力" 日本機械学会第75期通常総会講演会講演論文集. (掲載予定). (1998)