2013 Fiscal Year Research-status Report
高密度電流の流れる電子配線カーボンナノチューブの損傷支配パラメータ特定と強度評価
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25420002
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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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)
藤崎 和弘 弘前大学, 理工学研究科, 准教授 (90435678)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 電子パッケージ / 信頼性 |
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| Research Abstract |
１．誘電泳動法により電極間に複数のカーボンナノチューブ（以下ＣＮＴ）を設置して通電用試験片を作製した。一方，誘電泳動よりもＣＮＴを効率良く集積させるディップコーティング（以下ＤＣ）法が最近開発された。そこで，ＤＣ法を用いてＣＮＴの集積化を行い，単体ＣＮＴのネットワーク化を行った後その両端に金属ナノ粒子インクで電極を形成することによっても通電用の試験片を作製した。
２．誘電泳動により作製した試験片に高密度の直流定電流を高温下で作用させる加速通電試験を行った。さらに，ＣＮＴを集積化したＣＮＴネットワーク試験片を用いた通電試験を実現した。電極間の電圧変化を計測しながら，徐々に電流を増加させ開回路に至るまで実施した。
３．損傷後の誘電泳動による試験片の電子顕微鏡観察より，試験条件によって損傷箇所が変化することが確認できた。また，開回路に至った集積化した試験片をレーザー共焦点型顕微鏡により３次元形状観察を行った。その結果，配線中央部での隆起がみられ，そこでの断線が推察された。
４．損傷した誘電泳動試験片の成分分析より，観察された損傷箇所に対応して酸素成分と炭素成分の増減がみられ，酸化蒸散とエレクトロマイグレーション（以下ＥＭ）の二つの損傷機構の存在が確認できた。また，集積化試験片では，通電時の供給電流と計測電圧の関係から試験片の電気特性を検討した結果，当初の予想より配線試験片の電気抵抗値が大きいことがわかり，ＣＮＴのネットワーク化が十分でないことが推察された。これにより配線中央部での酸化蒸散機構による断線が生じたものと考えられた。
５．酸化蒸散とＥＭの二つの損傷機構を考慮した２次元の損傷支配パラメータの定式化を行った。
６．上記損傷支配パラメータ式を用いてＣＮＴ単体の損傷過程の数値シミュレーションの構築を行った。試験条件により酸化蒸散とＥＭの損傷機構の優位性が変化する実験事実を再現できた。
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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
当初予定していた誘電泳動法による試験片を用いて，通電試験の実施と観察を行った。さらに，最近開発されたディップコーティング法を採用したことにより，より実使用環境に近い集積化したＣＮＴ試験片も効率よく作製することができるようになり，通電試験の実施にも成功した。
一方で，試験片表面にシリコン系の保護膜を被覆したものとしないものを用意する予定であったが，表面を被覆した試験片についてはシリコン系薄膜ではなく金属薄膜による被覆に止まっている。シリコン系薄膜形成の準備は整っているので大きな遅れではない。
また，次年度に実施予定のＸ線分光法（ＥＤＸ）元素分析による損傷試験片の成分分析と，最終年度に実施予定の損傷支配パラメータの定式化と数値シミュレーションによる強度評価法の構築を先行して着手し，定性的ではあるが一部の実験結果の再現を行うことに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
保護膜被覆のない試験片の作製と通電試験を実施した後に，当初予定していた保護膜被覆の試験片作製とその通電試験の実施ではなく，より実使用環境に近い集積化したＣＮＴ試験片を作製することを優先した。さらに，保護膜被覆のない試験片の通電試験の知見を基に，最終年度に計画していたＣＮＴの損傷支配パラメータの定式化と数値シミュレーションによる強度評価法の構築に着手した。
今後，集積度を上げたＣＮＴネットワークを形成し，電気抵抗の低い試験片を作製する必要があり，ディップコーティング法による試験片作製法の改良に取り組んでいく。また，保護膜被覆を行った試験片の作製と通電試験を実施するとともに，保護膜被覆時のＣＮＴ損傷支配パラメータ式の高度化と強度評価に用いる損傷過程の数値シミュレーションの高精度化にも取り組んでいくつもりである。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
試験片の微細加工に用いる薬品等の消耗品費と分析機器の使用料に不足が出ないよう余裕をみていたが，結果的に若干の余剰が出たものである。
次年度に実施の研究において試験片の作製，通電試験の実施の頻度が多くなる予定である。試験片作製に用いる薬品等の消耗品費と通電試験結果を分析するために用いる機器の使用料に対し余剰分と次年度当初額を合わせて活用する予定である。
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Research Products
(12 results)
