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2021 年度 研究成果報告書

セラミック薄膜の面内残留応力の室温での緩和に関する基礎的研究

研究課題

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研究課題/領域番号 19K22070
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分26:材料工学およびその関連分野
研究機関関西大学

研究代表者

幸塚 広光  関西大学, 化学生命工学部, 教授 (80178219)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
キーワード薄膜 / 応力 / 湿度 / 吸着 / 吸収 / デバイス / 緩和
研究成果の概要

ゾル-ゲル法によりSi(100)ウェハ上に作製し、600~1000℃で焼成して作製されるチタニア結晶薄膜、セリア結晶薄膜、シリカガラス薄膜の面内引張残留応力ならびに基板のソリが、室温での静置過程で時間とともに減少することを見出した。すなわち、このような高い温度で焼成して安定と見なされる酸化物薄膜においてさえ、残留応力と基板のソリが時間に対して安定でないことを、実験的に示した。この原因を明らかにすべく加えた結果、大気中の水の吸着ないし吸収により膜が膨張することが原因であることがわかった。ただし、シリカ膜においては、水の吸収による構造緩和を原因の一部として排除できないことも明らかにした。

自由記述の分野

無機材料化学

研究成果の学術的意義や社会的意義

酸化物薄膜は、光学・電気・磁気にかかわるデバイスとしてさまざまな分野で応用される機能材料である。一方、薄膜の内部応力は、デバイス特性を支える薄膜物性に影響を与え、基板のソリはデバイスの寸法精度にかかわる。本研究は、薄膜デバイスの特性と寸法精度が、室温で安定であるわけではなく、分子の吸着・吸収の影響を受けうることを実験的に示したものであり、薄膜デバイスに関わる技術界に新しい知見を与え、かつ、安定性に優れるとされる酸化物焼成薄膜においても応力に不安定性があることを見出した点で、学術的意義をもつ。

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公開日: 2023-01-30  

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