2015 Fiscal Year Annual Research Report
電子流による原子拡散を利用した微細板状アレイ構造の実現と圧電化
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15J02134
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
木村 康裕 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2017-03-31
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| Keywords | エレクトロマイグレーション / 原子拡散 / 微細構造体 / 導電性保護膜 / 埋込構造 / 規則性付与 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高密度電子流を駆動力とした原子の拡散現象であるエレクトロマイグレーション(以下EM)を用いて創製した微細構造体の応用に先立ち、生産性向上および規則的形状付与によるEM創製技術における欠点改善および高度化を目指し、サンプル構造の改良によりこれを達成した。
煩雑なサンプル作製工程を大幅に削減するために研究代表者が中心となり近年導入した導電性保護膜は、EMにより拡散した金属原子を拘束し金属配線の変形を阻止することで、微細構造体創製に必要な応力を意図的に発生させることができる。しかし導電性保護膜内への電流の漏れがEMによる材料創製能力の低下を招いており、EMにより微細材料を創製するためには大きな電流量を要し、効率よく創製することが難しかった。本年度はこれを改善し生産性向上を実現する新たな埋込構造を提案した。金属配線を絶縁材料内に埋め込むことで、導電性保護膜内への電流の漏れを阻止することに成功し、導電性保護膜の優位性を維持したままEMによる微細構造体の創製能力を大幅に向上させることに成功した。
さらに上記の新たに提案した埋込構造を用いて、微細構造体の創製形状制御に着手した。これまで創製した微細構造体は一部が折れ曲がってしまう現象が生じていた。これが何に起因するかを明らかにするため、種々の実験条件との関係性を検証することで、その原因特定の手がかりを得ることに成功した。これまでは重力や振動といった外的因子による影響が大きいと考えられてきたが、EM材料創製に用いる電流や温度といった実験因子に大きく影響する可能性が実験を通じて見出された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
特異な性質を有する微細構造体の応用の前段階として、サンプル構造の改良に着目した微細構造体の生産性向上を試みた。新たに埋込構造を導入することで、これまで問題とされていた導電性保護膜内への電流の漏れを防ぐことに成功した。これまでのサンプル構造との優位性を明らかにするため定量的評価を行ったところ、創製に必要な最小電流値を85%程度削減することに成功した。
また規則的形状付与のための形状制御技術の確立のため、様々な実験条件と創製形状の関係性の調査を行った。その結果、重力や振動といったこれまで想定されていた外的因子に比べ、電流や温度といった実験因子に微細構造体の創製形状が影響を受けることが示唆された。今後の形状制御に大きく役立つであろう影響因子を特定する手がかりを得ることに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
当初の研究計画では、微細板状アレイ構造体に対し圧電化技術の開発と応用を行うことを目的としていたが、近年の技術課題を顧みると研究方針を修正することが有益であると考える。特に高効率太陽光電池や光学フィルタのような光デバイスの開発を行う上で、表面プラズモン共鳴現象を利用する微細構造体の創製技術の確立とその応用が求められる。特定の断面形状を有する微細構造体が表面プラズモン共鳴現象に対して有効に働き、広帯域波長の光捕集効果があることが先行研究によって示されているが、これを高精度に実現する創製技術は報告されていない。EM創製技術は微細構造体の断面形状制御が可能であり、特定断面形状を有した微細構造体創製を精度よく実現できる可能性を有している。新規光デバイスを研究する上で上記の形状制御技術の開発が望まれており、EM創製技術による特定断面形状制御技術の確立とその応用を今後の目標とする。
これまでに導入したサンプル構造を用いて、特定断面形状を有する微細構造体創製を試みる。また創製した微細構造体に対し、表面プラズモン共鳴の確認と評価を行う。
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Research Products
(2 results)
