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MEMSデバイスの高信頼化のための単結晶シリコンの表面反応疲労現象の理解と制御

Research Project

Project/Area Number 18686013
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Materials/Mechanics of materials
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

土屋 智由  Kyoto University, 工学研究科, 准教授 (60378792)

Project Period (FY) 2006 – 2007
Project Status Completed (Fiscal Year 2007)
Budget Amount *help
¥28,990,000 (Direct Cost: ¥22,300,000、Indirect Cost: ¥6,690,000)
Fiscal Year 2007: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2006: ¥20,930,000 (Direct Cost: ¥16,100,000、Indirect Cost: ¥4,830,000)
Keywords単結晶シリコン / MEMS / 疲労試験 / 酸化 / 腐食疲労 / 高温試験 / 二酸化シリコン / 機械特性
Research Abstract

MEMSデバイスをより苛酷な環境で使用することを保証するために,デバイスの構造材料であるシリコンの信頼性について継続して研究を進めている.本年はシリコンの疲労破壊発現のメカニズムを検討するために,(1)高温引張試験装置を用いた単結晶シリコンの引張試験,(2)表面を酸化した単結晶シリコンの引張試験を行った.
(1)高温引張試験装置を用いた単結晶シリコンの引張試験
高温(500ないし800℃)かつ酸化雰囲気など雰囲気制御可能な環境で引張試験する装置を開発した.試験片は裏面から赤外線ランプ加熱により所望の温度まで加熱される.加熱系以外の試験装置の構成は従来の薄膜引張試験装置と同じ方法を用いる計画であり,基本的な構成は従来の静電チャック方式の薄膜引張試験装置を利用し,加熱機構,雰囲気制御容器,熱絶縁のための構造などを新たに追加した装置を試作した.最高600度での試験を実現し,単結晶シリコンの塑性変形を観察した.塑性変形の発生は,ひずみ速度に依存することを見出した.
(2)表面を酸化した単結晶シリコンの引張試験
単結晶シリコン薄膜試験片をドライ酸化で100nmから200nmの表面酸化膜を形成して,引張試験を行い,酸化前後の引張強度の変化を評価した.酸化することによって,強度はいったん増加したが,酸化膜厚を増加させると逆に強度は低下した.また,破壊の起点が表面だったものが,酸化後はシリコンの内部で発生している.この破壊の起点の寸法は,酸化により生成した酸素析出欠陥のサイズとよく一致していた.破壊の起点が欠陥にあることを推定している.

Report

(2 results)
  • 2007 Annual Research Report
  • 2006 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2007 2006 Other

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (4 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] High-cycle fatigue of micromachined single crystal silicon measured using a parallel fatigue test system2007

    • Author(s)
      T. Ikehara
    • Journal Title

      IEICE Electronic Express 4

      Pages: 288-293

    • Related Report
      2007 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tensile-Mode Fatigue Tests and Fatigue Life Predictions of Single Crystal Silicon in Humidity Controlled2007

    • Author(s)
      Yusuke Yamaji, Koji Sugano, Osamu Tabata, Toshiyuki Tsuchiya
    • Journal Title

      The 20th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems

      Pages: 267-270

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Tensile mode fatigue test of silicon thin films using electrostatic grip system2006

    • Author(s)
      Toshiyuki Tsuchiya, Yusuke Yamaji, Koji Sugano, Osamu Tabata
    • Journal Title

      The 9th International Fatigue Congress

      Pages: 47-47

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Journal Article] Tensile and Tensile-mode Fatigue Test of Single Crystal Silicon in Various Environments2006

    • Author(s)
      Toshiyuki Tsuchiya, Yusuke Yamaji, Koji Sugano, Osamu Tabata
    • Journal Title

      Asia-Pacific Conference of Transducers and Micro-Nano Technology

      Pages: 230-230

    • Related Report
      2006 Annual Research Report
  • [Presentation] Tensile Testing of Single Crystal Silicon Thin Films at 800℃ using IR Heating2007

    • Author(s)
      T. Ikeda
    • Organizer
      The 16th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems(Transducers'07)
    • Place of Presentation
      Lyon, France
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of surface oxidation on mechanical properties of single crystalline silicon2007

    • Author(s)
      K. Miyamoto
    • Organizer
      The 24th sensor symposium
    • Place of Presentation
      Tokyo, Japan
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of Surface Oxide Layer on Mechanical Properties of Single Cryst alline Silicon2007

    • Author(s)
      K. Miyamoto
    • Organizer
      MRS fall meeting 2007
    • Place of Presentation
      Boston, MA, USA
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温薄膜引張試験装置の開発2007

    • Author(s)
      土屋智由
    • Organizer
      日本機械学会2007年度年次大会
    • Place of Presentation
      大阪府吹田市(関西大学)
    • Related Report
      2007 Annual Research Report
  • [Book] Comprehensive Microsystems(Chapter 1.01 Silicon and related materials)2007

    • Author(s)
      T. Tsuchiya
    • Publisher
      Elsevier
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      2007 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.nms.me.kyoto-u.ac.jp/

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      2007 Annual Research Report

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Published: 2006-04-01   Modified: 2016-04-21  

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