フェーズフィールド法によるナノオーダー電気配線組織制御因子の決定

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16760262
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 大出 真知子 独立行政法人物質・材料研究機構, 計算科学センター, 研究員 (50370309)
• Keywords: フェーズフィールド法 / マルチフェーズモデル / 再結晶 / 配線材料

Research Abstract

新規電気配線材のCuでは異常粒成長に似た特定方位粒子の成長が観察される。本研究ではこの組織形成支配因子の決定のためにマルチフェーズフィールド法を用いて結晶粒成長解析を行ってきた。ここで、再結晶フェーズフィールドモデルには、結晶粒それぞれにフェーズフィールド場を与えるマルチフェーズモデルと相と結晶粒、結晶方位を代表させる2つの場を用いるモデルに結晶方位を代表させる場(フィールド)を組み合わせる2種類のモデルがある。
前年度までは、マルチフェーズフィールドモデルを元に、移動度や界面エネルギーの異方向性の効果を確認し、薄膜・基材間の界面エネルギーが支配的であることが分かった。
一方、本年度は後者のモデルを用い、粒の結晶粒の回転などの効果を評価する予定であった。後者のモデルはフェーズフィールド変数を2つしか必要としてないため、計算時間を大幅に短縮することが可能であった。また、方程式中のパラメータと物理的な現象の関連付けを試みたが、得られた粒の回転などが異常粒成長の支配因子を特定する因子か否か、特定するには至らなかった。また、基材との格子整合性の良い方位をもった特定の粒子が回転しないとした仮定についても、パラメータを恣意的に変化させてみたものの、それが異常粒成長に繋がるという明確な効果は認められなかった。
以上のことから、異常粒成長の解析に適したモデルはマルチフェーズフィールド法であり、薄膜の異常粒成長は、基材からの拘束に由来していると考えられる。