2021 Fiscal Year Annual Research Report
Advance in electro-fine-injection for super-long metallic micro/nanowire growth by high density electron flow
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20H02026
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
木村 康裕 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70803740)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 機械材料・材料力学 / 原子拡散 / エレクトロマイグレーション / インジェクション / ファインマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和3年度は、電子流によるエレクトロファインインジェクション(電子流駆動型金属微小射出)機構の最適化とインジェクション機構によるワイヤの創製を試みた。電子流によるエレクトロマイグレーション(以下EM)を利用した金属原子の射出が、(a)EMによる原子拡散、(b)射出箇所における原子蓄積に由来した圧力増加、(c)大気圧と内圧の圧力差を利用した原子射出、の3過程を経て実現されることに着目し、以下2項目を設定し研究を遂行することで、以下の研究実績を得た。
(II-1)射出機構の最適化のための原子濃度解析手法の確立
EMによる金属原子の射出およびワイヤ創製を効率化するには，原子がどのように拡散・蓄積するかを示す原子濃度分布の取得が不可欠である。有限要素解析汎用ソフトCOMSOLを用いて、マルチフィジックスな電熱・構造・拡散連成問題を同時に解くことで、印加する電流密度・温度に対して生じる原子濃度分布を取得することに成功し、射出機構の最適化に資する成果を得た。
(II-2)射出機構環境の改善と射出条件の最適化
EMは熱活性化過程のため、外部加熱による原子の拡散と射出の促進が可能である。本機構は複雑な立体形状を有するためセラミックヒータなどの平面加熱が難しい。そこで令和2年度に導入した赤外線集光装置による非接触加熱を用いて、原子拡散と射出の促進を試みた。様々な温度条件によってワイヤ射出を試みたところ、実験を通じて球体になる条件が示唆された。これは射出時に材料が有する温度が、通電下におけるジュール発熱および集光加熱によって融点以上に達しており、材料が溶融したために生じたと考えられる。この成果を基に、材料が与えられる加熱・冷却問題を理論的に考察し解析解を導くことで、ワイヤと球体を選択的に創製可能な射出条件を見出すことに成功した。
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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
研究実績の概要に記載の通り、申請時に計画した研究を遂行し、EMによるエレクトロファインインジェクション機構の確立を目指し、前年度に試作した機構を基に、最適な射出条件策定への方向付けに成功した。また令和4年度より着手する射出機構によって創製したワイヤの機械・電気特性を調査するためのさきがけ的成果も取得しており、順調に実績を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にあたる令和4年度は、創製したワイヤの高い潜在能力を示すために、機械・電気特性評価を実施する。具体的には、大気下では特性に影響を与える酸化等を排除できないため、透過型電子顕微鏡内における高真空下で精密な特性評価を試みる。これにより、目的であるワイヤ創製技術の確立とワイヤ潜在能力の高度化を目指す。
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