シリコンマイクロ構造体の高信頼化に資する表面酸化反応疲労現象の解明

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19676002
• 研究種目: 若手研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 土屋 智由 京都大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (60378792)
• 研究協力者: 池原 毅 (独)産業技術総合研究所, 主任研究員 (10344102)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• キーワード: シリコン / MEMS / 引張試験 / 疲労試験 / 酸化 / 信頼性

研究概要

実用MEMSデバイスの信頼性設計に必要なシリコンの破壊、疲労寿命モデルを得ることを目的として研究を行った。破壊について強度と(111)面の垂直応力の相関、加工荒れと強度の相関をそれぞれ明らかにした。疲労寿命はパリス則(亀裂進展速度と応力拡大係数範囲)とワイブル分布の組み合わせによるばらつきを考慮した予測モデルとのよい一致を確認し、また、環境湿度による疲労指数の変化を見出した。また、デバイスの負荷応力評価方法として動的な顕微ラマン分光応力計測法を提案した。

研究成果

• [雑誌論文] 加工条件の異なる(110)<110>単結晶シリコン薄膜の引張試験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 上杉晃生、平井義和、菅野公二、土屋智由、田畑修
  • 雑誌名: 電気学会センサ・マイクロマシン部門誌 巻: Vol.132
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measure ment of anisotropic fatigue life in micrometre-scale single-crystal silicon specimens (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Ikehara, T. Tsuchiya
  • 雑誌名: Micro & Nano Letters 巻: Vol.5, No.1 ページ: 49-52
  • DOI: DOI:10.1049/mnl.2009.0073
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tensile and Tensile-Mode Fatigue Testing of Microscale Specimens in Constant Humidity Environment (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchiya, Y. Yamaji, K. Sugano, O. Tabata
  • 雑誌名: Experimental Mechanics 巻: Vol.50, No.4 ページ: 509-516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tensile Testing of Single Crystal Silicon Thin Films at 600oC Using IR Heating (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tsuchiya, T. Ikeda, A. Tsunematsu, K. Sugano, O. Tabata
  • 雑誌名: Sensors and Materials 巻: Vol.22, No.1 ページ: 1-12
  • URL: http://122.249.91.209/myukk/Journal/Download.php?fn=SM0784.pdf
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-cycle fatigue of micromachined single-crystal silicon measured using high-resolution patterned specimens (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Ikehara, T. Tsuchiya
  • 雑誌名: Journal of Microme chanics and Microen gineering 巻: Vol.18, No.7 ページ: 075004
  • DOI: DOI:10.1088/0960-1317/18/7/075004
  • 査読あり
• [学会発表] Effect of Surface Oxide Layer on Mechanical Properties of Single Crystalline Silicon (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Miyamoto, K. Sugano, T. Tsuchiya, O. Tabata
  • 学会等名: Material Research Society Meeting
  • 発表場所: Boston
  • 年月日: 20071125-30
• [図書] 破壊力学大系 (2012)
  • 著者名/発表者名: 佐藤一雄、土屋智由
  • 総ページ数: 211-219
  • 出版者: エヌ・ティース・エス
• [備考] ホームページ
  • URL: http://www.nms.me.kyoto-u.ac.jp/wiki/?SiFatigue