2016 Fiscal Year Annual Research Report
Feasibility study on effective use of material's physical properties in machining of functional crystal
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15K13840
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
周 立波 茨城大学, 工学部, 教授 (90235705)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
清水 淳 茨城大学, 工学部, 教授 (40292479)
小貫 哲平 茨城大学, 工学部, 准教授 (70400447)
尾嶌 裕隆 茨城大学, 工学部, 准教授 (90375361)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 強誘電体 / 圧電効果 / 焦電効果 / 物理特性 / 自発分極 / 内部応力 / 機械強度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
LiTaO3（LT）に代表される強誘電体は，強い焦電性及び圧電性を併せ持つため，力・熱センサ，携帯電話用SAWフィルタや医療用マイクロ-TASなどに用いられるようになった．特に携帯電話に内蔵するSAWフィルタは，広帯域のマルチバンドに対応するため，厚さ100umのウエハ薄片化技術が求められている．一方，機械加工時に高い圧力と温度に晒され，LTウエハは結晶の対称性が破れることにより，極めて脆く割れ易い難加工材料である．
本研究では，まずマイクロナノインデンテーションを使って，異なる温度プロファイル下で押し込み実験を行った．恒温条件に比べて昇温および降温条件では，LTの硬度が20%，破壊靭性が45%ほど低下することを解明した．
次に研削加工における強誘電材料が受ける外部応力および圧電・焦電効果による内部応力を理論的に推定し，圧電・焦電効果による内部応力が研削中LTウエハの作用力の8～9割を占めることを明らかにした．LTの研削加工において研削抵抗のような外部応力より，圧電・焦電効果による内部応力が大きく，研削中LTが割れる主因である．さらに，結晶方位<0110>に沿って亀裂が発生し易いと示唆している．
圧電・焦電効果による内部応力を抑制するため，①研削液の温度制御，②電解質添加により発生した表面電荷の中和の二つの方策を考案し，ダイヤモンド砥石を用いてLTウエハを薄片化加工に実証した．研削液の温度を低くすると，また研削液の電気伝導度が増すと，研削動力の増加率および仕上げ面粗さが共に小さくなり，研削中にLTの分極により発生した表面電荷が研削液を通して中和され，ウエハ内部応力を緩和することができた．最後に，研削液に温度制御と電解質の添加の両方を施し，４インチLTベアウエハを100um以下に薄片加工し，本研究の着眼点と考案手法の妥当性を示した．
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