液体金属の接触抵抗要因の解明による高伸縮・高性能な伸縮電子デバイスの実現

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第一年度は，主に液体金属の接触抵抗の高精度計測方法の提案を行い，さらに液体金属による電子素子実装の伸縮耐性を評価した．液体金属の接触抵抗計測に関しては，従来教科書的な接触抵抗の計測方法としてTransfer Length Method (TLM) が非常によく知られている．従来の接触抵抗計測は半導体と金属電極間の接触抵抗を主としていたため，TLMでは金属電極のシート抵抗は対象物（半導体）のシート抵抗と比べて無視できると仮定されていた．しかしながら，実際にTLM計測および有限要素法（FEM）による電流密度分布解析の結果，液体金属は金属電極とシート抵抗が同程度であるため，上記仮定が成立せず，教科書的なTLMでは接触抵抗の計測はできないことを発見した．さらに，教科書的なTLMを改良して計測電極毎への電流印加の提案・実証まで行った．液体金属実装の伸縮耐性に関しては，まず，実装部の引張試験とFEMによる応力分布解析を行った．その結果，液体金属実装によってハンダや導電性ペーストの12倍以上の伸縮耐性が得た一方で，素子と基板間が応力集中により剥離することを発見した．これに対し，素子下部の基板を硬くして実装部の応力集中を緩和することを考え，基板の剛性分布に対する応力分布を解析した．その結果，基板の高剛性部のヤング率や面積を増加させることで応力集中を10%以下に低減可能であることが明らかになった．これらの結果，マイクロマシン・MEMS分野における世界最上位の国際会議であるIEEE MEMS 2023をはじめ，査読付き国際論文誌1件（共著），国際会議3件，国内学会6件の成果を上げ，2件の受賞を受けた．