金属ナノ構造体の非線形挙動を支配する転位の動的メカニズムの解明

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21686013
• 研究種目: 若手研究(A)
• 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: 澄川 貴志 京都大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (80403989)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: ナノ / 塑性変形 / 転位 / 透過型電子顕微鏡 / 力学解析

研究概要

本研究では、シリコン(Si)、銅(Cu)および窒化ケイ素(SiN)で構成されたナノ構造体中における塑性変形のメカニズムを解明することを目的として、透過型電子顕微鏡を用いて下部組織の観察が可能な曲げ試験片を設計および作製し、Cu部に対して負荷途中の塑性挙動をその場観察した。Si/Cu界面と自由表面の会合部近傍において、塑性領域が発生・発達していく様子が観察され、塑性領域発生の分解せん断応力は400-420 MPaと見積もられた。実験後のTEM観察より、ナノ寸法の応力集中領域に起因した異材界面近傍の塑性変形は、積層欠陥の形成によって支配されていることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Fatigue Strength of the Cu/Si Interface in Nano-components (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa, Takayuki Kitamura and Tadashi Murakami
  • 雑誌名: Material Science and Engineering A, with peer review 巻: Vol.528 ページ: 5158-5163
  • DOI: DOI:10.1016/j.msea.2011.03.023
• [雑誌論文] 微小曲げ試験を用いたTa2O5薄膜の機械特性評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 大倉康孝, 澄川貴志, 井手修平, 北村隆行
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) 巻: 77巻775号 ページ: 495-504
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fulin Shan and Takayuki Kitamura, Three-Dimensional Cohesive Zone Modeling on Interface Crack Initiation from Nanoscale Stress Concentration (2011)
  • 著者名/発表者名: Yan Yan, Takashi Sumigawa
  • 雑誌名: Journal of Solid Mechanics 巻: Vol.5 ページ: 117-127
  • DOI: DOI:10.1299/jmmp.5.117
• [雑誌論文] Cohesive Zone Criterion for Cracking along the Cu/Si Interface in Nanoscale Components (2011)
  • 著者名/発表者名: Yabin Yan, Takashi Sumigawa, Fulin Shang and Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Engineering Fracture Mechanics, with peer review 巻: 78 ページ: 2935-2946
  • DOI: DOI:10.1016/j.engfracmech.2011.08.010
• [雑誌論文] Criterion of Mechanical Instabilities for Dislocation Structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Yabin Yan, Tadahiro Kondo, Takahiro Shimada, Takashi Sumigawa and Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Material Science and Engineering A, with peer review 巻: Vol.534 ページ: 681-687
  • DOI: DOI:10.1016/j.msea.2011.12.027
• [雑誌論文] Evaluation on Plastic Deformation Property of Cooperman-Film by Nano-Scale Cantilever Specimen (2010)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa, Tetsuya Shishido, Tadashi Murakami and Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Thin Solid Films, with peer review 巻: Vol.518 ページ: 6040-6047
  • DOI: DOI:10.1016/j.tsf.2010.06.039
• [雑誌論文] Interface Crack Initiation Due to Nanoscale Stress Concentration (2010)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa, Tetsuya Shishido, Tadashi Murakami and Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Material Science and Engineering A, with peer review 巻: Vol.527 ページ: 4796-4803
  • DOI: DOI:10.1016/j.msea.2010.04.002
• [雑誌論文] Cu/Si Interface Fracture due to Fatigue of Copper Film in Nanometer Scale (2010)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa, Tadashi Murakami, Tetsuya Shishido and Takayuki Kitamura
  • 雑誌名: Material Science and Engineering A, with peer review 巻: Vol.527 ページ: 6518-6523
  • DOI: DOI:10.1016/j.msea.2010.07.002
• [雑誌論文] 透過型電子顕微鏡を用いたナノスケール構造体中の塑性領域に対するその場観察試験手法の開発 (2010)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志, 北川裕次郎, 北村隆行
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) 巻: 76巻772号 ページ: 1713-1720
  • 査読あり
• [雑誌論文] 離散転位動力学に基づく転位組織の力学的不安定性クライテリオン (2010)
  • 著者名/発表者名: 嶋田隆広, 近藤忠広, 澄川貴志, 北村隆行
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集(A編) 巻: 76巻772号 ページ: 1721-1728
  • 査読あり
• [学会発表] Criterion for crack initiation at the interface edge innano-components (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa and Takayuki Kitamura
  • 学会等名: Asian Pacific Conference on Fracture and Strength-Mechanics and Materials
  • 発表場所: Busan(Korea)
  • 年月日: 20120500
• [学会発表] Fatigue and Fracture Criterion in Nano-components (2012)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa, Takahiro Shimada and Takayuki Kitamura
  • 学会等名: IUTAM Symposium on Advanced Materials Modeling for Structures
  • 発表場所: Paris(Frace)
  • 年月日: 20120400
• [学会発表] 銅ナノ薄膜を有する微小構造体の疲労強度 (2012)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志, 北村隆行
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第87期定時総会講演会
  • 発表場所: 吹田市
  • 年月日: 20120300
• [学会発表] Evaluation of mechanical properties of nano-component by bending experiment with in-situ TEM observation (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa
  • 学会等名: The 14thInternational Symposium on Technology for Next Generation Vehicle
  • 発表場所: Gwanju(KOREA)
  • 年月日: 20111100
• [学会発表] In-situ TEM Observation on Fracture of Dissimilar Interface in Nanoscale Component (2011)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa, Takuya Nakano and Takayuki Kitamura
  • 学会等名: International Conference on Advanced Technology in Experimental Mechanics 2011
  • 発表場所: Kobe JAPAN)
  • 年月日: 20110900
• [学会発表] 異材界面を有するナノ構造体の変形と破壊 (2011)
  • 著者名/発表者名: 岸本光平, 石井義之, 澄川貴志, 北村隆行
  • 学会等名: 日本機械学会M & M2011材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 北九州市
  • 年月日: 20110700
• [学会発表] 結晶塑性を考慮したCu微細接合部の局在ひずみ解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志, 中野拓哉, 北村隆行
  • 学会等名: 日本機械学会M & M2011材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 北九州市
  • 年月日: 20110700
• [学会発表] 銅ナノ薄膜界面における破壊の透過電子顕微鏡その場観察 (2011)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志, 中野拓哉, 北村隆行
  • 学会等名: 日本材料学会・第60期学術講演会
  • 発表場所: 吹田市
  • 年月日: 20110500
• [学会発表] ナノ領域における銅薄膜の疲労 (2010)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志, 村上直司, 宍戸徹也, 北村隆行
  • 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: 長岡市
  • 年月日: 20101000
• [学会発表] Governing Mechanical Factor on Interface Crack Initiation in Nanometer-Scale Components (2010)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa and Takayuki Kitamura
  • 学会等名: 18th European Conference on Fracture
  • 発表場所: Dresden(GERMANY)
  • 年月日: 20100800
• [学会発表] ナノCu薄膜/Si基板界面端からのはく離き裂発生強度 (2009)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志, 宍戸徹也, 北村隆行
  • 学会等名: 日本機械学会2009年度年次大会学術講演会
  • 発表場所: 盛岡
  • 年月日: 20090900
• [学会発表] (2009)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志, 宍戸徹也, 北村隆行
  • 学会等名: 日本機械学会2009年度材料力学カンファレンス
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20090700
• [学会発表] Deformation and Fracture of Nano-sculptured Thin Film (2009)
  • 著者名/発表者名: Takashi Sumigawa and Takayuki Kitamura
  • 学会等名: 12th ICF2009
  • 発表場所: Ottawa(CANADA)
  • 年月日: 20090700
• [学会発表] 微小カンチレバー試験片を用いた20 m厚Cu薄膜の弾塑性変形特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 澄川貴志, 宍戸徹也, 北村隆行
  • 学会等名: 日本材料学会第58期学術講演会
  • 発表場所: 松山市
  • 年月日: 20090500
• [図書] Mechanical Testing of Nano-Component in TEM, The Transmission Electron Microscope (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Sumigawa, T. Kitamura
  • 総ページ数: 26
  • 出版者: InTech
• [図書] Fracture Nanomechanics (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kitamura, H. Hirakata, T. Sumigawa, T. Shimada
  • 総ページ数: 297
  • 出版者: Pan Stanford Publishing Pte. Ltd.