光誘起トンネル電流による真実接触面の評価-二相分離系合金の表面偏析に伴う摩擦現象の解析-

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750106
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 小竹 茂夫 三重大学, 工学部, 助手 (40242929)
• Keywords: トライボロジー / 真実接触面 / 表面偏析 / 電流透過率 / 摩耗 / 非平衡熱力学 / モル流束方程式

Research Abstract

本研究は、レーザー光を半導体に照射する際に生じる光誘起電流(PIC)を用い、金属-半導体界面に生じる真実接触面の分布および、摩擦の原理的な研究を電子論の観点から行うものである。本研究は以下の4点からなる。それらは、(1)PICによる固体間界面の電流透過率の評価を行い、摩擦係数、その他の物理量との関係について考察を行うこと、(2)様々な金属についての、半導体界面に生じる真実接触面の分布を測定すること、(3)光学解析(分光偏光解析装置)により、2相分離系合金の表面偏析について解析を行うこと、(4)摩擦や摩耗について、接触界面での電子やモル流束の観点から基礎理論を導出すること、である。以下に、それぞれの研究の概要をまとめる。「PICによる固体間界面の電流透過率の評価」では、荷重の増加に対して比例するPICの積分値およびレーザーの強度による半導体界面の励起電子数の見積もりの比(平均界面電流透過率:γ)から、固体間界面の電流透過率の評価を行った。種々の材料について単位圧力当たりのγの増加率(平均界面電流透過係数:β)を測定したところ、βは弾性定数の逆数(1/C_<11>)に、近いオーダーの値を示すことが分かった。現在のところ、弾性定数と摩擦係数(μ)の関係からこの理由を考察しているが、良い結果は得られていない。「真実接触面の分布を測定」については、Cu,Ni,Inについて、真実接触面の分布を測定した。真実接触面積は、塑性流動圧力(pm)に反比例し、分布も、Inについては、中央部に真実接触分布が見られたのに対し、Cu,Niでは、試料周辺部に分布が存在した。「分光偏光解析装置による2相分離系合金の表面偏析の解析」では、分光偏光解析装置を作製し、Al-Pb系多層膜の表面偏析による光学定数の変化について解析を行った。蒸着により作成した多層膜よりも単層膜の方が、より偏析の効果が大きいことが分かった。これは、Pb粒子の微細化により、拡散圧が減少したためと考えられた。「流速方程式による摩擦・摩耗の基礎理論」については、非平衡熱力学によるモル流速から導いた核生成理論を応用し、固体間の接触界面における最低摩耗粉の臨界半径について、理論を構築し、材料による摩耗の違いを熱力学的に理解する手法を与えた。

Research Products

• [Publications] 小林茂夫: "光誘起電流による半導体/金属界面の真実接触面の評価の基礎研究"日本機械学会誌. 65・632C. 1677-1683 (1999)
• [Publications] 小林茂夫: "固体界面における電流透過率と摩擦係数の関係"トライボロジー会議 予稿集 名古屋1998年秋. 1998-11. 297-298 (1998)
• [Publications] 小林茂夫: "Alに埋め込まれたPb超微粒子による表面偏析"トライボロジー会議 予稿集 名古屋1998年秋. 1998-11. 255-256 (1998)
• [Publications] 小林茂夫: "光誘起電流による半導体/金属界面の真実接触面の観察"日本機械学会東海支部第48期講演会講演論文集. 993-1. 411-412 (1999)
• [Publications] 小林茂夫: "AFMによる摩擦係数の測定の試み"日本機械学会東海支部第48期講演会講演論文集. 993-1. 415-416 (1999)
• [Publications] Shigeo Kotake: "Relation between interfacial electron penetration efficiency and Normal stress between solids"Microstructures and mechanical properties of new engineering materials. 213-217 (1999)
• [Publications] Shigeo Kotake: "Study on Wear from a Mass Flux Balance (in press)"Proceedings of International Tribology Conference 2000.
• [Publications] S.Kotake: "Measurement of real contact by photo-induced current and electron penetrarion (in press)"Proceedings of International Tribology Conference 2000.