2002 Fiscal Year Annual Research Report
シリコン結晶における亀裂先端塑性域の微視的構造と破壊靭性
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14550656
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
東田 賢二 九州大学, 工学研究院, 助教授 (70156561)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
荒牧 正俊 九州大学, 工学研究院, 助手 (50175973)
森川 龍哉 九州大学, 工学研究院, 助手 (00274506)
小野寺 龍太 九州大学, 工学研究院, 教授 (40038021)
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| Keywords | クラック / 転位 / 脆性-延性遷移 / 材料破壊 / 半導体 / 破壊靭性 / 応力遮蔽 / 電子顕微鏡 |
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| Research Abstract |
シリコン結晶の力学物性,中でもその破壊物理の進展を目指し,シリコン結晶中の亀裂先端塑性域の微視的構造について,超高圧電顕法(九州大学超高圧電子顕微鏡室のJEM1000),原子間力顕微鏡法等を駆使して解析した.併せて赤外光弾性法による亀裂先端応力場の直接観察を通して,その巨視的破壊靭性との結び付きを明確化した.
まず,超高圧電顕観察では,圧痕法により亀裂を試片に導入し,その後,試片温度を上昇(550-750度C)させ亀裂先端より転位を導入した.その後化学研摩後,集束イオンビーム(FIB)で亀裂先端部を薄膜化した。また,赤外線光弾性法では,ECT試験片を3点曲げ試験し,亀裂先端部の応力状態をその場観察した。本研究で得られた結果を箇条書きにすれば下記のとおりである.
(1)超高圧電顕法により,Si結晶中の亀裂先端塑性域の転位構造を解析した.また転位像シミュレーションを併用し,生成,増殖された亀裂先端転位の性格付けを行った.その結果,それらの転位による応力遮蔽効果の大きさを定量化するとともに,転位増殖源について新たな知見が得られた.
(2)原子間力顕微鏡法(AFM)による亀裂先端近傍の微小塑性変位を測定した.これにより,転位数本の運動によるnmオーダーのSlip Bandsを観察することができた.
(3)赤外線光弾性法による転位生成増殖前後の局部応力状態変化を観測した.これにより亀裂先端応力遮蔽場の発生を確認し,この応力場がシリコン結晶の,脆性-延性遷移における破壊性値の上昇に大きく寄与していることを示した.
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