パルス大電流印加が共有結合性半導体結晶のパイエルスポテンシャルに及ぼす影響

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04535
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 森下 浩平 京都大学, 工学研究科, 助教 (00511875)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: パルス通電 / 共有結合性半導体結晶 / 変形

研究実績の概要

本研究では，「パルス大電流印加が共有結合性半導体結晶のパイエルスポテンシャルに及ぼす影響」を解明することを最終目的とし，以下の3点を本研究の主要課題として設定した．まず，（１）パルス大電流印加状態における共有結合性半導体結晶の活動すべり系を特定する．次いで，（２）印加するパルス大電流の変化に対する分解せん断応力の応答性を把握し，（３）パルス大電流印加状態での容易変形性が，パイエルスポテンシャルを規定するどの因子に影響を及ぼした結果であるのかを明らかにする．これにより，高温場による熱活性化過程に依らない，新たな変形機構の解明を目指す．
初年度は現有装置を用いて研究を進め，新規装置である評価実験機の設計思想を明確化するとともに装置製作・導入を進めた．
昇電流速度を主要パラメータとし，最終電流量，印加応力，変形速度，圧縮軸方位をパラメータとした試験を行い，パルス大電流印加状態における圧縮変形の基礎データを取得した．また，この際，従来の試料周りに配置されるグラファイト製スリーブへの電流の流れを排し，試料のみにパルス電流を流すことにより，その効果を顕在化させるよう工夫した．マクロな変形過程とその際の結晶方位分布を電子線後方散乱法による結晶方位解析を行うことで，変形に伴う微妙な方位の変化を明らかにした．その結果，変形は圧縮軸方位に応じた異方性を示す一方，局所方位分布差から，多量の欠陥が導入されていることが明らかとなった．これは試料周りのスリーブの有無（温度場・磁場）が，変形機構に影響することを示唆している．
一方で，詳細なその場観察が可能な評価実験機の設計を進め，任意波形のパルス電流・任意の予加熱を試料に印加可能で，発光・可視光・変形荷重のその場測定が可能な装置の製作を進めた．
次年度より，これら装置の本格運用により，詳細な変形機構解明を目指す．

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

新規開発装置の設計思想明確化および設計において、現有圧縮装置の軸機構を用いての引張試験を試みた結果、想定していた試料保持法では十分な電流が試料に流れないという問題が明らかとなった。保持方法によっては保持部での局所加熱等の問題もあり、パルス電流を流しながらいかに引張試験片を保持するのか、「試料保持機構の検討」を実施する必要が生じた為。

今後の研究の推進方策

試料保持機構において問題があり、研究に遅れが生じたものの、次年度以降はスケジュールを軌道に乗せることが可能と考えられる。
次年度以降は新型装置の最終立ち上げとその運用による詳細な変形機構解明を進めることになるが、本年度の結果において明らかとなった、試料周りの環境による変形性の違いには留意する必要がある。実験としては、その場観察可能な視野を確保したうえで試料周りの外的環境を整備する必要がある。
これにより、当初想定とは異なる因子の影響を明らかにできるのではと期待する。