2010 Fiscal Year Annual Research Report
電子材料に用いるカーボンナノチューブの高密度電子流による損傷機構解明と強度評価
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21360046
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
笹川 和彦 弘前大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50250676)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
村岡 幹夫 秋田大学, 大学院・工学資源学研究科, 准教授 (50190872)
巨 陽 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60312609)
坂 真澄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20158918)
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| Keywords | エレクトロマイグレーション / カーボンナノチューブ / 電子デバイス / 高密度電流 / 信頼性 |
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| Research Abstract |
平成22年度は次に示す3項目の研究を実施し,実験観察に基づいて損傷機構の解明を図った。
1.損傷過程の形状観察-2
酸素濃度の異なる雰囲気中で通電試験を行い,損傷過程におけるカーボンナノチューブ(CNT)の形状変化を走査型プローブ顕微鏡で観察した。大気中では低真空中と比べて極端に寿命が短くなったが,損傷箇所はいずれも陰極端部であることが確認できた。これらの観察結果より,電流下CNTにおいてエレクトロマイグレーション(EM)による原子空孔の発生・集合が基本的に生じ,次いで同集合箇所において酸化による蒸散などが付加的に生じるため,EMがさらに加速することで大気中での損傷が助長されると考えられた。EMと酸化による損傷機構の存在と酸素雰囲気の違いによるこれらの優位性の変化を明らかにした。
2.ナノスケールの電気特性評価
マイクロ波の応答が物質の電磁気物性に依存する特徴を利用して,ナノスケール空間分解能を有する高感度マイクロ波原子間力顕微鏡プローブを新規に開発した。また,独自に開発したマイクロ波原子間力顕微技術を用いて,ナノサイズワイヤの表面形状およびマイクロ波イメージングの同時計測に成功した。さらに,マイクロ波イメージングからナノワイヤの電気特性を評価する手法を実現した。
3.ナノスケールの力学的特性評価
集中質量型原子間力顕微技術を用いて損傷CNTの力学特性を評価するためには,接触共振周波数の計測値に及ぼす基板の影響を取り除く必要がある。そこで,ナノ材料/基板の二層構造弾性体の接触剛性に関する理論モデルを利用し,参照表面に対する接触共振周波数の計測値と併せて,基板の影響を受けることなくナノ材料自身の弾性係数を評価できる手法を考案した。基板上の厚さ10nm以下の薄膜や損傷表面に対して,本手法の妥当性を検証した。
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