| 研究課題/領域番号 |
25000012
|
|---|
| 研究機関 | 京都大学 |
|---|
研究代表者 |
北村 隆行 京都大学, 工学研究科, 教授 (20169882)
|
|---|
| 研究分担者 |
澄川 貴志 京都大学, 工学研究科, 准教授 (80403989)
平方 寛之 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (40362454)
高橋 可昌 関西大学, 工学部, 准教授 (20611122)
嶋田 隆広 京都大学, 工学研究科, 助教 (20534259)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2013-04-26 – 2018-03-31
|
| キーワード | single digitナノ / ひずみ集中場 / 破壊力学 / 負荷実験 / その場観察 |
|---|
| 研究概要 |
H25年度の研究実績は、以下のように纏めることができる。(1)ナノ構造体中の原子位置を正確に特定するために、走査型透過型電子顕微鏡(Scanning Transmission Eleetron Microscope : STEM)を導入した。当該電子顕微鏡については、明瞭な観察が出来るよう高傾斜角仕様とし、single digitナノスケール場のひずみ量を正確に特定・解析するために特注サイズの制限視野絞り(φ1μm)を具備させた。シリコン(Si)に対して観察を行い、原子レベルの像を取得できることを確認した。(2)トップダウン型手法である集束イオンビーム(Focused Ion Beam : FIB)加工によりSi模擬試験体を作製してき裂を導入し、STEMを用いてき裂先端近傍の原子位置の観察を行った。(3)微小構造体への負荷、および、single digitナノひずみ集中場で不安定なイベント(局所破壊の発生)が発生した際の荷重変化の検知が可能な微小負荷装置を開発した。当該ホルダは、二軸傾斜機構を有することから、観察に最適な方向に試験片を配向して試験を実施できる。また、これらの負荷装置を制御するためのソフトウェア開発を行い、プログラム荷重への対応と分解能の向上を行った。この微小負荷装置をTEM用ホルダの先端に組み込み、STEMと併せてその場観察負荷試験システムを構築した。(4)FIBにより作製したSi試験体および現有の微小負荷装置を用いて、single digitナノ領域における破壊実験を達成するための実験手法について検討を行い、微小構造体に対するき裂導入手法を考案した。(5)連続体解析と原子系解析より不均一変形場における破壊力学量について検討を実施した。(6)加工仕上げ条件の工夫と現有の超低エネルギーイオンミリング装置を用いて、加工層を2nm以下にまで低減させることに成功した。(7)連続体力学解析および原子系解析によってナノ構造体に対する変形集中場に関する解析を実施し、次年度以降の試験体の形状(切欠きの位置や形状)や負荷様式等、最適の実験条件を検討した。
|
| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
H25年度の計画は、①"ナノ構造体中局所の原子位置の変位を正確に観測する技術の確立"、および、②"single digitナノひずみ場を対象とした微小負荷装置の作製"である。
より正確な原子像および局所ひずみ量の取得を可能にする走査型透過型電子顕微鏡を導入した。模擬試験体(シリコン(Si)単結晶)に対して観察を行い、数十nmの範囲で原子レベルの像(原子位置)を取得できることを確認した。また、微小構造体への負荷、および、微小な荷重変化の検知が可能な微小負荷装置を組み込んだTEM用ホルダを開発した。この微小負荷装置をTEM用ホルダの先端に組み込み、STEMと併せてその場M観察負荷試験システムを構築した。当該ホルダは、正確な観察情報を得るための機構を有しており、開発したソフトウェアによって制御された荷重負荷と精密な荷重測定を実現できる。尚、当初の予定では、超微小負荷機構付きホルダを挿入できるよう、顕微鏡側のマウント部の改造を行う予定であったが、マウント部の改造によって観察精度に大きな影響が生じることが判明した。そこで、負荷ホルダ側の仕様を変更することで対応した。
研究過程において幾つかの問題が発生したが、すべてに対して対策を実施し、研究計画である観察技術の確立と負荷装置の作製は達成した。研究は順調に進展している。
|
| 今後の研究の推進方策 |
当初の計画に沿って実験・解析を実施する予定である。H26年度の研究計画は、①ナノスケール加工装置の開発、②ひずみ集中場を有する試験片の作製、③負荷実験に必要な負荷装置の調整、および、④原子シミュレーションの実施、である。研究を遂行する上で問題点が生じた場合には、適宜対策および代替案を模索し、当初の研究目的の達成を目指す。具体的には以下の内容を実施する。(1)ナノ構造体にひずみ集中場を設けるために、走査型プローブ顕微鏡(Scanning Probe Microscope : SPM)を応用したナノスケール加工装置を開発する。当該装置によって、表面損傷層を排除したひずみ集中部の実現を目指す。(2)本研究では、表面がほぼ無ダメージの試験片作製が重要な項目である。(1)に記した手法は世界初の試みであることから、問題が生じた場合のことを想定し、FIB加工で作製した試料に対し、高真空・高温熱処理を施すことで表面加工層の除去を行う手法についても平行して検討する。(3)前年度開発した微小負荷装置を用いて、FIBを用いて作製したナノ構造体への負荷実験を行う。single digitナノひずみ場に適用した場合に必要と考えられる実験諸条件(負荷様式や観察方法)を抽出し、次年度以降実施予定の実験に必要な負荷装置の調整を行う。(4)次年度作製予定のボトムアップ型ナノ構造体作製装置に関する基本仕様検討および設計を行う。(5)原子シミュレーションを用いて、ナノ構造体の変形集中場における特性の理論的予測を行う。
|
