2019 Fiscal Year Research-status Report
酸化銀分解反応による金属とシリコン系材料の界面形成機構の解明とその応用
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18K14028
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松田 朋己 大阪大学, 工学研究科, 助教 (30756333)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 酸化銀 / 分解反応 / ナノ粒子 / シリコン / 炭化ケイ素 / 焼結 / ハイブリッド粒子 / 界面・層制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、酸化銀の分解反応を活用して、シリコン系材料と銀の間に生ずる界面構造の形成機構を解明するとともに、その反応制御による表面機能化プロセスの確立を最終目標としている。シリコン系材料として、単結晶シリコンおよび炭化ケイ素を用いる。今年度は、当初計画の「②静・動的透過電子顕微鏡観察に基づく異種材料間界面構造形成機構の解明」に加えて、3年度目に実施予定であった「③分解反応の機能化に向けたプロセス設計と応用」にも着手し始めており、良好な成果を得ることが出来ている。具体的には以下の通りである。
界面構造観察を通して、単結晶シリコンと炭化ケイ素に対する基本的なAg/基材の界面形成機構は類似することを明らかにした。さらに、シリコンに対して300℃以上の各接合温度で得られた接合部に対して詳細な界面構造観察を実施することで、中間層の形成が酸素親和性の差異に由来する酸化銀/シリコン基材間の界面反応に支配されることを見出した。高温下での動的観察においては、銀同士の焼結および基材へのぬれ挙動を確認することが出来た。一方で、真空状態におけるナノ粒子の蒸気圧に由来して安定的な観察が困難であることも判明した。この事実は逆に、低温度での酸化銀/基材間直接反応の方が動的観察に適していることを示唆しており、引き続き次年度に実施する予定としている。
前倒しで進めた分解反応の機能化に向けたプロセス設計に関して、これまでに明らかにしてきた基材のめっき（金属化）処理不要な界面接合性を有し、課題であった焼結銀層の脆弱性を克服するハイブリッド粒子を作製した。これにより、接合温度300℃における金属/銀層/シリコン接合において、安定的にシリコン母材で破壊を生じるような高信頼な接合部を獲得することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、3年間で以下の3つの項目に取り組む予定である；①各種シリコン材料に対する界面構造形成能の確認に基づくペースト材設計、②静・動的透過電子顕微鏡観察に基づく異種材料間界面構造形成機構の解明、③分解反応の機能化に向けたプロセス設計と応用。当初計画では、今年度は②に取り組む予定であったが、静的観察を通して界面構造形成機構の検討を大きく進めることが出来たため、計画を前倒しして③にも取り組んだ。ハイブリッド材料を用いた良好な結果が得られるとともに、より高機能化させるための材料作製プロセスの開発にも取り組み始めている。以上の結果を2本の学術論文にまとめて関連雑誌に投稿を行い、1本は受理され、1本は査読中となっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年度は、研究項目「②静・動的透過電子顕微鏡観察に基づく異種材料間界面構造形成機構の解明」における、動的透過電子顕微鏡観察を実施する。特に、今年度の実験で得られた動的観察における温度を考慮し、界面形成の初期過程に相当する低温度域での現象解明を推進する。さらに、研究項目「③分解反応の機能化に向けたプロセス設計と応用」において、複数のハイブリッド材料作製を試み、①、②にフィードバックさせながらその機能と微細組織を対応付けることで表面機能化法としての可能性を探る。
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