微小界面構造体における潜在欠陥情報の抽出

• 研究課題/領域番号: 18K03864
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分18010:材料力学および機械材料関連
• 研究機関: 近畿大学 (2020-2021); 北九州市環境エレクトロニクス研究所 (2018-2019)
• 研究代表者: 宍戸 信之 近畿大学, 理工学部, 講師 (00570235)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 界面強度 / エレクトロニクス / 欠陥 / 材料組織 / き裂進展 / 破壊確率 / 強度 / 異種材界面 / 信頼性 / 界面

研究成果の概要

本研究では、局所の界面強度を直接評価可能な方法論によって、微小な界面構造体におけるき裂の進展抵抗と潜在するき裂形状の双方を評価することで、微小構造体の大規模システムであるエレクトロニクスデバイスの初期破壊リスクの定量化を試みた。実際の製造プロセス同様に熱負荷を加えて破壊させた試験結果から導かれる破壊挙動とその頻度分布が、それを再現するモデルとよい一致を示した。これは本方法論を発展させることで、半導体デバイスなどのの破壊リスクを定量化する設計手法を実現可能であることを示唆する結果である。

研究成果の学術的意義や社会的意義

現時点で配線強度の脆弱箇所にサブミクロンスケールで直接アクセスできる可能性をもった唯一の方法論を用いて、実際に材料微視構造スケールの脆弱部の定量的強度情報を、試験的ではあるが抽出することができた。本方法論を発展させることで、半導体デバイスなどの破壊リスクを定量化する設計手法に結びつけることが期待できる。また、材料科学的観点からマイクロ・ナノ構造体の変形挙動は徐々に明らかにされているが、機械工学の観点からの重要性が高い異材界面の付着強度といった、より複雑な系について理論体系を整備するための一助となることが期待できる。