X線回折援用歪み直読型引張り試験技術の開発によるナノSiC薄膜のポアソン比評価

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15760066
• Research Institution: Himeji Institute of Technology
• Principal Investigator: 生津 資大 姫路工業大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90347526)
• Keywords: 引張試験 / X線回折 / 歪み計測 / ポアゾン比 / SiC薄膜 / MEMS / 機械的性質 / TiN膜

Research Abstract

本研究の目的は,X線回折援用引張試験装置を設計・開発し,次世代マイクロマシンの構成材料として期待されている炭化シリコン(SiC)膜のヤング率・ポアソン比の評価技術を確立することである.
当申請研究の初年度にあたる平成15年度では,まず,マイクロスケールの厚さを有する薄膜等に適用可能な小型引張試験装置の設計・開発を実施した.装置開発に際しては,変位増幅機構を有するアクチュエータケースに超小型1軸PZTアクチュエータを収納することで,装置の小型化,軽量化を図った.ここで,アクチュエータケースの設計・開発は,当研究機関既存の汎用有限要素プログラム:ANSYSを用いて実施し,同ケース内の変形部の応力が降伏応力の1/5以下となるように寸法・形状を決定した.次に,マイクロスケール試験片の作製工程を確立した.試験片標点部寸法は,X線を同部に照射することを考慮して1mm×3mmとし,応力集中による破損を無くす為に平行部両端にR部を設けた.
X線回折装置内に引張試験装置を設置した後,予備試験としてマイクロスケール単結晶Si試験片を用いて歪み測定技術の確立を試みた.単結晶Si試験片に種々の引張荷重をかけた状態でX線を照射し,得られた回折パターンのピーク位置の移動量から横歪みを算出した.差動変圧器およびX線回折測定から得られた縦・横歪みより単結晶Siのヤング率およびポアソン比を求めた結果,それぞれ169GPaおよび0.351を示し,理論値とほぼ一致した.したがって,本研究で考案したX線回折援用引張試験法は,マイクロスケール結晶材料の弾性性質評価に有効であることを確認した.次に,スパッタリングによりSi試験片表裏に窒化チタン(TiN)膜の成膜を行い,TiN/Si/TiN試験片の引張試験を行った.TiN膜のヤング率およびポアソン比は成膜時のArガス圧力に大きく依存し,優れた機械的性質を有するTiN膜を形成するためには,低Arガス圧力下で,かつ,薄く成膜することが重要であることを確認した.

Research Products

• [Publications] 阿野大輔, 生津資大, 井上尚三, 小寺澤啓司: "X線回折援用引張り試験装置の開発によるMEMS材料の機械的性質評価"2003年度日本機械学会年次大会講演論文集. 233-234 (2003)
• [Publications] Takahiro Namazu, Shozo Inoue, Daisuke Ano, Keiji Koterazawa: "Direct measurement technique of strain in XRD tensile test for evaluating Poisson's ratio of micron-thick TiN films"Proceedings of The Seventeenth IEEE International Conference on Microelectromechanical Systems. 157-160 (2004)
• [Publications] 生津資大, 阿野大輔, 井上尚三, 小寺澤啓司: "X線回折援用引張試験法によるMEMS被覆用多結晶TiN膜の力学特性評価"2004年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集. 781-782 (2004)
• [Publications] Takahiro Namazu, Shozo Inoue, Daisuke Ano, Keiji Koterazawa: "XRD Tensile Test Technique to Measure Mechanical Properties of Micron-Thick Si and TiN Films"Proceedings of Asian Pacific Conference on Fracture and Strength '04. (Accepted). (2004)