| 研究概要 |
マイクロマシンの実用化は,機械としての信頼性を確保した上ではじめて成り立つものである.とくに,近年では,Si単結晶ウエハなどを用いたバルクマシーニングに加え,ポリシリコン薄膜などの薄膜も構造材料として用いられるようになってきているが,これらの機械的特性あるいは疲労破壊特性については,標準的試験法すら確立されていない.マイクロエレメントの強度特性評価を行う場合に最も困難な点は,試験片のチャッキングである.圧子により荷重を負荷する曲げ試験は,試験片のチャッキングの問題を回避することができるため従来から多く適用されているが,応力勾配が存在すること,試験片と圧子の接触部で破壊することなどの問題がある.一方,微小な荷重を精度よく負荷できる試験機を用いた引張試験を用いて,静電チャックにより試験片を保持し,機械的特性評価も進められつつあるが,静電チャックでは,チャック部分のすべりが生じるため,疲労破壊特性評価には適さない.そこで,本研究では,ポリシリコン薄膜を対象として,接着剤によりチャッキングを行い繰返し荷重下での疲労試験が可能なマイクロエレメント特性評価試験片を開発した.さらに,これを用いて引張試験を行い,ポリシリコン薄膜の破断強度,弾性率などの機械的特性評価を行うとともに,繰り返し速度が10Hz程度の疲労試験が可能なことを確認した.また,ポリシリコン薄膜の機械的特性は,その製造プロセスに由来する結晶粒径や結晶方位分布に大きく依存する.そこで,結晶粒径(粒子数)や結晶方位分布が,ポリシリコン薄膜のヤング率に及ぼす影響を,ボロノイ分割により作成した有限要素モデルを用いて検討した.それぞれの結晶粒に対してランダムに結晶方位を与えた場合は,解析領域内に含まれる粒子数が増加するにつれ異方性による影響を受けにくくなり,ヤング率は160GPaあたりに収束することが分かった.
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