2015 Fiscal Year Research-status Report
水素吸蔵によるシリコンの転位移動度向上と低侵襲性延性マイクロニードルの開発
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15K17937
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
泉 隼人 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90578337)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | シリコン / 水素 / 塑性変形 / 転位 / MEMS |
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| Outline of Annual Research Achievements |
初年度は単結晶シリコンへの水素注入方法の探索と吸蔵水素量の定量化について実施した。具体的には シリコンへの水素注入として、水素プラズマと水中煮沸による2種類の方法を採用し、これら処理で各試料に含有された吸蔵水素量を定量分析するため、昇温脱離分析（TDS分析）と拡がり抵抗測定（SRA）を用い、試料に含まれる水素含有量および表面から侵入した水素の拡散深さをそれぞれ評価した。さらに、ナノインデンテーション法を用いてバーコビッチ型圧子による試料への押し込み荷重と変位の計測して、水素注入した試料と未処理試料の機械的特性を比較し、以下の研究成果を得た。
(1)水素プラズマした試料は水中煮沸のものと比べて、表面近傍に含まれる水素含有量が多い傾向がTDS分析により得られたが、SRAには未反応であった。一方で、水中煮沸した試料はTDSとSRAの分析が可能であり、SRAでは試料表面から深さ方向に数μm程度の水素拡散の分布の情報が得られた。これら結果から、水素プラズマと水中煮沸の注入方法の違いによって、試料内部における水素の存在状態の違いが示唆された。
(2) 同じ押し込み荷重下における押し込み深さについて、水素注入した試料と未処理の試料を比較したところほぼ同じ押し込み深さであった。反応性イオンエッチング（RIE）により試料表面に欠陥を導入した試料に対して水素注入した試料は、RIE処理のみした試料に比べて押し込み深さが深くなる傾向が得られた。このことから、シリコンの変形には水素の存在と試料の欠陥との相互作用に関与することが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初計画に従って、シリコンの水素注入の方法として水素プラズマと水中煮沸を実施し、各試料の水素含有量および試料表面からシリコン内部への水素拡散深さの分析方法として、昇温脱離分析と拡がり抵抗測定が有効であり定量化できることを確認した。また次年度の計画予定となる水素注入した試料の機械特性評価について実験着手し、水素と欠陥の存在がシリコンの変形に強く関与することを明らかにした。以上の点から概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
塑性変形の過程の基礎的性質を理解するため、水素チャージしたシリコンを走査型電子顕微鏡内でナノインデント試験を実施し押し込み荷重-変位曲線の関係から不純物濃度と非拡散性水素に対するシリコンのヤング率、硬度、塑性指数の機械特性を定量的に評価する。次に水素吸蔵したシリコンの塑性変形の基礎過程を転位機構の観点から理解し、知識の確立を試みる。シリコンは結晶構造が共有結合のため、その変形は特定のすべり面、すべり方向に沿って優先的に進行し、強度と変形量に著しい違いが生じる。この特徴はシリコンが変形時のすべり面、方向の影響を定量的に解明する上で格好の材料であることを意味する（Siのすべり系はfcc金属と同じ(111)面、<110>方向）。そこで水素吸蔵シリコンの塑性変形特性の転位機構を把握するため、面方位の異なるウエハに関して先と同様にSEM内ナノインデント試験を実施し、変形速度、すべり面・方向をパラメータして、その降伏強度の定量化を行う。また押込み試験に伴う転位の導入と分布を半導体結晶欠陥評価技術であるEBIC（Electron B eam Inuduce Current）観察、名古屋大学超高圧電子顕微鏡施設のTEM (Transmittion Electron Microscopy)観察による結晶欠陥解析を併用し、結晶の塑性変形機構を解明する。
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