2012 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, 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, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50190872)
巨 陽 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60312609)
坂 真澄 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20158918)
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| Project Period (FY) |
2009-04-01 – 2013-03-31
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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 |
１．「強度評価の実施－２」 昨年度開発した損傷機構を考慮した数値シミュレーション手法を用いて，環境温度と電流密度の使用環境を変化させた場合のカーボンナノチューブ（ＣＮＴ）の損傷速度と損傷箇所の予測を実施した。実施に当たっては不確定な物性定数が存在するため，次項に記載の実験結果を参考に物性定数の設定を行った。低環境温度で高密度電流を入力した場合はＣＮＴの中央で，高温下で比較的低い電流密度の場合はＣＮＴの陰極端で損傷し，低温・高密度電流の方が寿命が短くなる結果が得られた。
電流下のＣＮＴではジュール発熱により中央でピークとなる温度分布がＣＮＴに沿って形成される。入力電流の密度が高い場合にはＣＮＴ中央部の温度が過度に上昇し，そこでの酸化が助長され，酸化による蒸散機構が支配的になることがわかった。一方比較的電流密度が小さい場合には，中央部温度のピークが下がることにより酸化蒸散機構は抑えられ，ＣＮＴ陰極端における電子流入と温度勾配の形成により陰極端でのエレクトロマイグレーションによる損傷機構が支配的になることがわかった。
２．「評価結果の実験検証」 前項記載の強度評価で想定した環境と同様の環境下で通電試験を行った。寿命にばらつきはみられるものの，評価結果と同様に低環境温度で高密度電流を入力した場合の方が高温下で比較的低い電流密度の場合よりも寿命が短くなった。また低温・高密度電流の場合はＣＮＴの中央で，高温・低電流密度の場合はＣＮＴの陰極端で破断していることが確認できた。
試験後の損傷ＣＮＴの成分分析を行ったところ，損傷箇所での炭素成分の減少と酸素成分の増加がみられたため，酸化蒸散機構はいずれの場合も機能しているが，二つの損傷機構の優劣で寿命と損傷箇所が変化すると考えられた。以上より本強度評価法はＣＮＴの損傷機構を的確に考慮して損傷を予測することができ，その有効性を示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Reason
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
24年度が最終年度であるため、記入しない。
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