金属超ナノ薄膜の変形と破壊

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厚さがμmからサブμmオーダーの金属薄膜の機械的特性や強度は膜厚に依存することが知られている。これは膜厚の低下に伴う結晶粒微細化による転位運動の拘束，体積の縮小による転位源の枯渇に加え，変形・破壊に対する表面の影響が異なることに因る。しかし，表面の影響が支配的になるさらに薄い10 nm～100 nmの厚さ領域の金属薄膜（金属超ナノ薄膜）の強度特性は未解明である。本研究では，基板から自立した金属超ナノ薄膜試験片の作製技術を確立するとともに，結晶粒寸法等の微視組織を制御した薄膜を用いて，10 nmオーダーの厚さ領域の変形・破壊機構，および強度の支配力学を明らかにして，膜厚効果を解明することを目的として研究を開始した。基盤研究(S)の交付内定通知日までに，10 nmオーダーの自立超ナノ薄膜の作製技術を確立するために，先ず (i) 溶液犠牲層エッチング時の薄膜の破壊を防ぐために，孔状基板を用いた自立薄膜試験片作成法を検討した結果，基板形状を工夫することにより，薄膜試験片の直径がサブmmオーダーではあるものの，自立超ナノ薄膜試験片を作製できる見込みがあることを確認した。さらに，(ii) 精密な力学試験を可能とする大面積の自立超ナノ薄膜試験片を作製するために，反応性ガスエッチングにより基板を背面から除去して薄膜を自立させる方法について検討を開始した。研究を開始して2ヶ月を経た時点で基盤研究(S)の交付内定を受けて，研究の準備・初期段階で本基盤研究(A)の廃止を申請したため，得られた成果は上記の通りに止まっているものの，本基盤研究(A)で購入した物品（消耗品）は，新たに採択された基盤研究(S)に用いて，金属薄膜の機械的特性や強度特性に関する研究を推進している。