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マイクロマシン材料の機械的特性とそのスケール効果の研究

研究課題

研究課題/領域番号 10305008
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物理学一般
研究機関名古屋大学

研究代表者

佐藤 一雄  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (30262851)

研究分担者 式田 光宏  名古屋大学, 工学研究科, 助手 (80273291)
研究期間 (年度) 1998 – 2000
研究課題ステータス 完了 (2000年度)
配分額 *注記
36,100千円 (直接経費: 36,100千円)
2000年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
1999年度: 16,900千円 (直接経費: 16,900千円)
1998年度: 16,100千円 (直接経費: 16,100千円)
キーワードマイクロマシン / 薄膜 / 機械的特性 / 引張試験 / MEMS / 単結晶シリコン / 寸法効果 / 疲労 / 試験法 / シリコン化合物
研究概要

(1)マイクロマシン用薄膜を対象とする引張り試験チップの構造設計,および荷重・変位測定系の機構設計を行い,準静的引張り試験システムならびに引張モードの疲労試験システムを実現した.
(2)単結晶シリコン(任意方位),多結晶シリコン,シリコン酸化膜,シリコン窒化膜についてそれぞれ試験チップの製作プロセスを確立し,それぞれについて引張り試験を実施した.
(3)オンチップ引張試験法の有用性を実証するため,標準材料として単結晶シリコン薄膜の3方位に対して引張試験を行い,各方位のヤング率と破断ひずみを測定した.一方,バルク材に対して3点曲げ試験を行い,両試験から得たヤング率の比較からオンチップ引張試験法の精度を検証した.オンチップ試験法ではいずれの結晶方位に対しても単軸引張りによる伸びひずみの値はほぼ5%に達し,3点曲げ試験よりはるかに大きい値を得た.またオンチップ試験法においても試験片の寸法が小さいと破断ひずみが大きくなることが判った.これは,破断を決める最大寸法の欠陥の存在確率が試験片長さに依存するからだと考える.
(4)単結晶シリコン試験片に対して繰り返し荷重試験を行った結果,加えたひずみレベルが大きいと破壊寿命が小さくなる傾向を見いだした.繰り返し荷重環境下における単結晶シリコンの破壊メカニズムを考察した.
(5)きわめて高い引張り応力のもとで破壊に至るシリコン単結晶試験片の亀裂付近の挙動をカーボンナノチューブをプローブ先端に付けたAFMによりin-situ計測し,室温下での塑性変形の存在の可能性を見いだした.
(6)シリコン窒化膜では厚さ0.1ミクロンの膜の単軸引張り試験を実現したが,さらに薄い膜では表面エネルギの効果が機械的特性に影響する可能性があるので,今後,厚さが1桁小さい0.01ミクロンオーダーの極薄膜の引張り試験を実施すべく,新しい装置を設計した.

報告書

(4件)
  • 2000 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 1999 実績報告書
  • 1998 実績報告書
  • 研究成果

    (42件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (42件)

  • [文献書誌] K.Sato,T.Yoshioka,T.Ando,M.Shikida, et al.: "Tensile testing of thin-film having different crysrtallographic orientations carried out on silicon chip"Sensors and Actuators A : Physical. 70/1-2. 148-152 (1998)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 安藤妙子,吉岡テツヲ 他: "オンチップ引張試験によるシリコン薄膜の応力とひずみの測定"電気学会E部門誌. 119E-2. 67-72 (1999)

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  • [文献書誌] 佐藤一雄,吉岡テツヲ: "マイクロマシン材料の機械的特性評価"電気学会E部門誌. 119E-2. 55-59 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 佐藤一雄: "マイクロマシニング技術と材料強度研究の接点"第42回日本学術会議材料研究連合講演会. 前刷集. 265-268 (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 吉岡テツヲ,安藤妙子 他: "薄膜材料のオンチップ引張試験法の提案と試験デバイスの製作"日本機械学会論文集(C編). 65-635. 2973-2978 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Yoshioka,T.Ando,M.Shikida,K.Sato, et al.: "Tensile-testing of SiO2 and Si3N4 films carried out on a silicon chip"Tech.Dig.Transducers 99. June7-10. 496-498 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 佐藤一雄: "薄膜材料のマイクロテスティング-マイクロマシン技術からのアプローチ"日本機械学会材力学部門分科会・研究会合同シンポジウム(研究の最前線:21世紀へ向けて)講演論文集. (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando,T.Yoshioka,M.Shikida,and K.Sato: "Tensile testing of SiO_2 and Si_3N_4 films carried out on a silicon chip"Sensors and Actuators A : Physical. vol.82. 291-296 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 式田光宏: "薄膜材料評価"溶接学会誌. 69-65. 15-17 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando,T.Yoshioka,M.Shikida,and K.Sato: "Quasi-static and fatigue fracture strength of microsized silicon film measured by on-chip test method"Proc.of MEMS 2000. vol.2. 1-6 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando,T.Yoshioka,M.Shikida,and K.Sato: "Tensile-mode fatigue testing of single-crystal-silicon film"Tech.D.17th Sensor Symposium. Kawasaki. 397-400 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 安藤,吉岡,式田,佐藤: "薄膜材料を対象とするオンチップ引張疲労試験システムの開発"精密工学会誌. vol.66 No.12. 1890-1894 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Yoshioka,T.Ando,M.Shikida,and K.Sato: "Tensile testing of SiO_2 and Si_3N_4 films carried out on a silicon chip"Sensors and Actuators A : Physical. vol.82. 291-296 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 佐藤一雄(分担執筆): "エンサイクロペディア電子情報通信ハンドブック"電子情報通信学会編,オーム社. 1339 (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sato, et al.: "Tensile Testing of Thin-Film Having Different Crystallographic Orientations Carried out on Silicon Chip"Sensors and Actuators A : Physical. vol.70/1-2. 148-152 (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando, et al.: "Measurement of Stress and Strain of Single-Crystal-Silicon Thin Film during On-Chip Tensile Test"T.IEE Japan. Vol.119-E, No.2. 67-72 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sato and T.Yoshioka: "Mechanical Properties of Microfabricated Structure Materials"T.IEE Japan. Vol.119-E, No.2. 55-59 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sato: "Interdisciplinary area between Micromachining Technologies and Materials Strength"Proc.Science Council of Japan 42nd Materials Research Conf.. 265-268 (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sato et al.: "Encyclopedia, Electronics, Information and Communication Handbook"Society of EIC, Ohmsha. 1339 (1998)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Yoshioka, et al.: ""On-Chip Method" for Tensile Testing of Thin-Film Materials and Its Device Fabrication"T.JSME. Vol.65-635C. 373-378 (1999)

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    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Yoshioka, et al.: "Tensile-Testing of SiO_2 and Si_3N_4 Films Carried out on a Silicon Chip"Tech.D.Transducers 99. 496-498 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Sato: "Micro-testing of thin film materials-An approach from micromachine technologies"Proc.JSME Mechanics Division Symp.. (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando, et al.: "Fatigue test of thin film materials on a silicon chip using resonating loading system"Proc.SPLE Symp.Design, Test, and Microfabrication of MEMS and MOEMS. 977-982 (1999)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando, et al.: "Quasi-static and fatigue fracture strength of microsized silicon film measured by on-chip test method"Proc.MEMS-2000. vol.2, ASME. 1-6

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando, et al.: "Tensile-mode fatigue testing of single-crystal-silicon film"Tech.D.17th Sensor Symp.. 397-400 (2000)

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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando et al.: "Development of Fatigue Testing System Based on On-chip Tensile Test for Thin Film Material"J.JSPE. vol.66, no.12. 1890-1894 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Yoshioka, et al.: "Tensile testing of SiO_2 and Si_3N_4 films carried out on a silicon chip"Sensors and Actuators A : Physical. vol.82. 291-296 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] M.Shikida: "Mechanical Properties of MEMS Film Materials"J.Japan Welding Soc.. vol.69 no.6. 15-17 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2000 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] T.Ando,T.Yoshioka,M.Shikida,and K.Sato: "Fatigue test of thin film materials on a silicon chip using resonating loading system"Proc.SPIE Symposium on Design, Test, and Microfabrication of MEMS and MOEMS. 291-296 (1999)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ando,T.Yoshioka,M.Shikida,and K.Sato: "Quasi-static and fatigue fracture strength of microsized silicon film measured by on-chip test method "Proc.of MEMS-vol.2, ASME. 1-6 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Ando,T.Yoshioka,M.Shikida,and K.Sato: "Tensile-mode fatigue testing of single-crystal-silicon film"Technical Digest of the 17th Sensor Symposium. 397-400 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 安藤,吉岡,式田,佐藤: "薄膜材料を対象とするオンチップ引張疲労試験システムの開発"精密工学会誌. vol.66 No.12. 1890-1894 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] T.Yoshioka,T.Ando,M.Shikida,and K.Sato: "Tensile testing of SiO_2 and Si_3N_4 films carried out on a silicon chip"Sensors and Actuators A : Physical . vol.82. 291-296 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 式田光宏: "薄膜材料評価"溶接学会誌. 69-6. 15-17 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 吉岡テツヲ: "薄膜材料のオンチップ引張試験法の提案と試験デバイスの制作"日本機械学会論文集(C編). 65-635. 2973-2978 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] T.Yoshioka,et al.: "Tensile-testing of SiO_2 and Si_3N_4 films carried out on a silicon chip"Tech.Dig. Transducers-99. June7-10. 496-498 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] 佐藤一雄: "薄膜材料のマイクロテスティング-マイクロマシン技術からのアプローチ"日本機械学会材料力学部門分科会・研究会合同シンポジウム(研究の最前線:21世紀へ向けて)講演論文集. (印刷中). (2000)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書
  • [文献書誌] K.Sato,et al.: "Tensile testing of thin-film having different crystallographic orientations carried out on silicon chip" Sensors and Actuators A:Physical. 70/1-2. 148-152 (1998)

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      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 安藤妙子,他: "オンチップ引張試験によるシリコン薄膜の応力とひずみの測定" 電気学会E部門誌. 119E-2. 67-72 (1999)

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      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 佐藤一雄,他: "マイクロマシン材料の機械的性特性評価" 電気学会E部門誌. 119E-2. 55-59 (1999)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 佐藤一雄: "マイクロマシニング技術と材料強度研究の接点" 第42回日本学術会議材料研究連合講演会. 前刷集. 265-268 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書
  • [文献書誌] 佐藤一雄(分担執筆): "エンサイクロペディア電子情報通信ハンドブック" 電子情報通信学会編,オーム社, 1339 (1998)

    • 関連する報告書
      1998 実績報告書

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公開日: 1998-04-01   更新日: 2016-04-21  

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