2003 Fiscal Year Annual Research Report
超高圧電顕法によるシリコン結晶中の転位 歪み場の解析とその破壊力学物性への応用
Project/Area Number |
03J07705
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Research Institution | Kyushu University |
Principal Investigator |
田中 將己 九州大学, 工学研究院, 特別研究員(DC2)
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Keywords | 転位 / 超高圧電子顕微鏡法 / クラック / 力学特性 / 透過電子顕微鏡法 / 脆性-延性遷移 / シリコン / 原子間力顕微鏡法 |
Research Abstract |
本研究の目的は,シリコン結晶の延性-脆性遷移(DBT)の機構を超高圧電顕法を駆使して明らかにすることである.このDBT挙動に大きく影響を与える転位は,亀裂先端近傍で発生すると考えられるが,既存のDBTに関する研究は,肝心の亀裂と転位の観察において,数mmのオーダーの巨視的観察しか行われておらず,転位構造を決定できる透過電子顕微鏡法を用いた転位の直接観察はほとんど行われていない.そこで本年度は,まず{111}面亀裂を有する試片の破壊靭性試験を行い,破壊靭性値の温度依存性を測定した.そして,加熱後の試料の亀裂先端近傍を,超高圧電顕法を用いて観察し,発生した転位の構造解析を詳細に行った. 室温から1273Kの各温度で高温三点曲げ試験を行い破壊靭性値を測定した結果,1123K付近において,10Kと言う狭い温度領域で急激な破壊靭性値の上昇が見られた.この試料の亀裂先端近傍を赤外光弾性法を用いて観察したところ,{111}面トレースに沿ったすべり帯と,転位による亀裂先端の圧縮場に対応した像が観察された.一方,ビッカース圧痕法により導入した亀裂先端の超高圧電子顕微鏡観察の結果,加熱後,亀裂前方に3本の完全転位と,亀裂から伸びる積層欠陥のエッジに部分転位が観察された.得られた像は発生初期の転位であると考えられ,それら転位の性格付けを行った結果,いずれの転位も亀裂先端を遮蔽するタイプであることが判った.さらに,亀裂先端から転位を発生させるのに要する局部応力拡大係数k_<IE>を計算したところ,完全転位におけるk_<IE>よりも,部分転位におけるそれの方が小さく,積層欠陥を伴っても,部分転位として放出される方が容易である事が明らかとなった.これらの知見は,DBT挙動を解明する上で重要な,亀裂先端から転位の発生・増殖シミュレーションにおいて必要である事項を実験的に示したという意味でも大変重要であると言える.
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Research Products
(3 results)
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[Publications] 田中 將己: "Si単結晶中の亀裂先端転位の発生初期過程"九州大学超高圧電子顕微鏡研究報告. 27号. 25-26 (2003)
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[Publications] 田中 將己: "Microstructure of plastic zones around crack tips in silicon revealed by HVEM and AFM."Materials Science and Engineering A. (Accepted). (2004)
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[Publications] 東田 賢二: "HVEM/AFM Studies on Crack Tip Plasticity in Si Crystals."IUTAM Symposium on Mesoscopic Dynamics on Fracture Process and Materials Strength,(eds.H.Kitagawa and Y.Shibutani),Kluwer Academic Publ.. (In press). (2004)