電子材料に用いるカーボンナノチューブの高密度電子流による損傷機構解明と強度評価

2012 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21360046
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 弘前大学
• 研究代表者: 笹川 和彦 弘前大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (50250676)
• 研究分担者: 村岡 幹夫 秋田大学, 大学院・工学資源学研究科, 教授 (50190872) ; 巨 陽 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60312609) ; 坂 真澄 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (20158918)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2012
• キーワード: エレクトロマイグレーション / カーボンナノチューブ / 電子デバイス / 高密度電流 / 信頼性

研究概要

本研究は微細電子材料として応用が期待されているカーボンナノチューブ(CNT)を対象として,高密度電流を負荷して意図的に損傷させる加速試験方法を開発し,周囲雰囲気や負荷電流の大小を変化させた実験を実施することにより,高密度電流下でのCNTの損傷メカニズムを解明した。さらに,明らかになった損傷メカニズムを考慮した強度評価法を開発し,実験結果と比較することにより定性的な強度評価の実現に成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Experimental Study of Damage Mechanism of Carbon Nanotube as Nano-Component of Electronic Devices under High Current Density (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa, K. Fujisaki, J. Unuma and R.Azuma
  • 雑誌名: Proceedings of ASME InterPACK2013 (CD-ROM) 巻: (掲載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Numerical Study of Allowable Current Density for Electromigration Damage of Multilevel Interconnection in Integrated Circuit (Keynote Lecture) (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa, T. Fujisaki and T. Yanagi
  • 雑誌名: Proc. 13th Int. Conf. Fracture 巻: (掲載決定) ページ: S30-008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Repositioning Technique in Nanowire Manipulation by Oscillating Gripper (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Toku, K. Kobayashi and M. Muraoka
  • 雑誌名: Micro &Nano Letters 巻: (掲載決定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Threshold Current Density in Interconnect with Reservoir Structure Using Numerical Modeling of Electromigration Damage (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa, T. Yanagi and J. Unuma
  • 雑誌名: Proc. 7th Int. Symp. on Advanced Science and Technology in Exp. Mechanics (USB Memory)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave Atomic Force Microscopy : Quantitative Measurement and Characterization of Electrical Properties on the Nanometer Scale (2012)
  • 著者名/発表者名: L. Zhang, Y. Ju, A. Hosoi and A. Fujimoto
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: Vol. 5 ページ: 016602-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Oxygen Concentration on Damage Mechanism of Carbon Nanotubes under High Current Density (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa, J. Unuma and T. Abo
  • 雑誌名: Proc. ASME InterPACK2011 (CD-ROM)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Change in Damage Mechanism of MWCNTs under Electric Current with Oxygen Concentration (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa and J. Unuma
  • 雑誌名: Proc. 13th International Conference on Electric Materials and Packaging(USB flash memory) ページ: 69-72
• [雑誌論文] Structure Modification of M-AFM Probe for the Measurement of Local Conductivity (2011)
  • 著者名/発表者名: A. Fujimoto, L. Zhang, A. Hosoi and Y. Ju
  • 雑誌名: Microsystem Technologies 巻: Vol. 17 ページ: 715-720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Sensitivity for the Evaluation of Electrical Properties by Modifying the Nano Structure of Microwave AFM probe (2011)
  • 著者名/発表者名: L. Zhang, Y. Ju, A. Hosoi and A. Fujimoto
  • 雑誌名: Mater. Sci. Forum 巻: Vols. 675-677 ページ: 555-558
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of Films with Thickness Less than 10 nm by Sensitivity-Enhanced Atomic Force Acoustic Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Muraoka and S. Komatsu
  • 雑誌名: Nanoscale, Res. Lett 巻: Vol. 6 ページ: 33(1-6)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanomachining by Rubbing at Ultrasonic Frequency under Controlled Shear Force (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Muraoka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol 巻: Vol. 11 ページ: 1986-1990
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulation of Nanostructure Production by Electromigration Considering Specimen's Shape (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa, A. Kirita, S. Fukushi and M. Saka
  • 雑誌名: J. Nanosci. Nanotechnol 巻: Vol. 10 ページ: 6036-6040
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microwave Atomic Force Microscopy Imaging for Nanometer-Scale Electrical Property Characterization (2010)
  • 著者名/発表者名: L. Zhang, Y. Ju, A. Hosoi and A. Fujimoto
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum 巻: Vol.81 ページ: 123708-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Numerical Simulation of Nanostructure Formation Utilizing Electromigration (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa, S. Fukushi, Y. Sun and M. Saka
  • 雑誌名: J. Electron. Mater 巻: Vol. 38 ページ: 2201-2206
  • 査読あり
• [学会発表] 微細電子配線の安全性評価と生体の応力評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 笹川和彦
  • 学会等名: 日本非破壊検査協会 東北支部「支部会・講演会」(招待講演)
  • 発表場所: 青年文化センター(仙台市)
  • 年月日: 2013-04-26
• [学会発表] 材料システムとしての電子機器安全性と生体機能性の評価 (2013)
  • 著者名/発表者名: 笹川和彦
  • 学会等名: 平成24年度日本材料学会東北支部総会・材料フォーラム講演会(招待講演)
  • 発表場所: カレッジプラザ(秋田市)
  • 年月日: 2013-03-25
• [学会発表] 高密度電流下でのカーボンナノチューブの強度に及ぼす周囲環境の影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 東 亮汰,笹川和彦,藤崎和弘,鵜沼 潤
  • 学会等名: 日本機械学会東北学生会第43回学生員卒業研究発表講演会
  • 発表場所: 一関工業高等専門学校(一関市)
  • 年月日: 2013-03-11
• [学会発表] 成長環境が及ぼすマイクロ/ナノ材料の原子拡散に基づく形状形成への影響 (2012)
  • 著者名/発表者名: 趙 旭,坂 真澄
  • 学会等名: 日本機械学会第20回機械材料・材料加工技術講演会
  • 発表場所: 大阪工業大学(大阪市)
  • 年月日: 20121130-20121202
• [学会発表] Evaluation of Threshold Current Density in Interconnect with Reservoir Structure Using Numerical Modeling of Electromigration Damage (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa and T. Yanagi
  • 学会等名: 2012 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Kyoto International Conference Center (Kyoto, Japan)
  • 年月日: 20120925-20120927
• [学会発表] Change in Damage Mechanism of MWCNTs under Electric Current with Oxygen Concentration (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Sasagawa and J. Unuma
  • 学会等名: 13th International Conference on Electric Materials and Packaging
  • 発表場所: Kyoto Garden Palace, Kyoto
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] プリント基板Cu配線のエレクトロマイグレーション損傷に関する物性定数の導出(日本非破壊検査協会新進賞受賞:鵜沼 潤) (2011)
  • 著者名/発表者名: 鵜沼 潤, 阿保雄大, 笹川和彦, 五明利雄
  • 学会等名: 日本非破壊検査協会平成23年度秋季講演大会
  • 発表場所: 淡路夢舞台国際会議場(淡路市)
  • 年月日: 2011-10-18
• [学会発表] Manipulation of Nanowires by Chopsticks (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Kobayashi, Y. Toku and M. Muraoka
  • 学会等名: Int. Conf. on Advanced Technology in Experimental Mechanics
  • 発表場所: Kobe Int. Conf. Center, Kobe
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 高密度電流下におけるカーボンナノチューブの損傷機構に関する研究 (2010)
  • 著者名/発表者名: 鵜沼 潤, 笹川和彦, 阿保雄大
  • 学会等名: 日本機械学会M&M2010材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 長岡技術科学大学(長岡市)
  • 年月日: 2010-10-10
• [学会発表] 電子デバイスと生体の材料システムを評価する (2010)
  • 著者名/発表者名: 笹川和彦
  • 学会等名: 平成22年度化学系学協会東北大会(招待講演)
  • 発表場所: 岩手大学工学部(盛岡市)
  • 年月日: 2010-09-26
• [学会発表] ツリー構造配線のエレクトロマイグレーション損傷しきい電流密度における配線形状の影響(日本機械学会若手優秀講演フェロー賞受賞:阿保雄大) (2010)
  • 著者名/発表者名: 阿保雄大, 笹川和彦
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第46期秋季講演会
  • 発表場所: 秋田大学(秋田市)
  • 年月日: 2010-09-24
• [学会発表] AMicroscope System for Characterization ofMechanical Properties of Small-Scaled Objects (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Tohmyoh, M.A.S. Akanda, M. Saka
  • 学会等名: ESTC2010 Conference
  • 発表場所: Maritim proArte Hotel, Berlin, Germany
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] Modifying the Structure of Microwave AFM Probe for Improving the Sensitivity in the Measurement of Electrical Properties (2010)
  • 著者名/発表者名: 張 嵐, 巨 陽, 細井厚志, 藤本紹文
  • 学会等名: 日本機械学会2010年度年次大会
  • 発表場所: 名古屋工業大学(名古屋市)
  • 年月日: 2010-09-06
• [学会発表] 高密度電流下におけるカーボンナノチューブ損傷に対する雰囲気環境の影響 (2010)
  • 著者名/発表者名: 笹川和彦, 阿保雄大, 鵜沼 潤
  • 学会等名: 日本機械学会東北支部第45期総会・講演会
  • 発表場所: 東北大学(仙台市)
  • 年月日: 2010-03-12
• [学会発表] ナノワイヤの真性ひずみ誘起曲げ加工条件の実験的検討 (2009)
  • 著者名/発表者名: 徳 悠葵,村岡幹夫
  • 学会等名: 2009年度精密工学会東北支部学術講演会
  • 発表場所: 日本大学(郡山市)
  • 年月日: 2009-11-28
• [学会発表] Development of a Nanostructural Microwave Probe for Atomic Force Microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Ju
  • 学会等名: International Symposium on Precision Engineering and Micro/Nanotechnology 2009 (Keynote Lecture)
  • 発表場所: Zhejiang University, Hangzhou, China
  • 年月日: 2009-10-29
• [図書] (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Muraoka, Springer, Heidelberg, Acoustic Scanning Probe Microscopy, eds. F. Marinello, D. Passeri, E. Savio
  • 総ページ数: 39
• [備考] JSTとNEDOが主催するイノベーションジャパン-大学見本市(東京国際フォーラム)に,「高密度電流の流れる電子デバイス配線の信頼性評価法」(2009年),「高密度電流がもたらす電子配線損傷の信頼性評価法」(2010年),「バーチャルリアリティ実現のための接着型触覚センサ(に併設)」(2012年)と題して出展し,研究成果を広く社会に公表した。
  • URL: http://www.mech.hirosaki-u.ac.jp/~sasagawa/labhp/
• [備考] エレクトロニクス実装学会主催の「第22回マイクロエレクトロニクスシンポジウム,秋季大会(大阪府立大学,2012年)」の大学研究室紹介コーナーにおいて,電子機器メーカーの研究者に研究成果の紹介を行った。
• [備考] 研究室のホームページに研究内容を記載し,公開している。
• [産業財産権] ビア接続の多層配線の信頼性を評価する信頼性評価シミュレーションプログラム,ビア接続の多層配線の許容電流密度向上方法およびビア接続の多層配線 (2012)
  • 発明者名: 笹川和彦
  • 権利者名: 弘前大学
  • 産業財産権番号: 特許特願2012-1966681
  • 出願年月日: 2012-09-06
  • 外国