Establishment of high-strength joining technique for micro or nanowires and realization of long whiskers

微纳米线高强度连接技术的建立及长晶须的实现

• 批准号: 22H01350
• 负责人: 燈明 泰成
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H01350/
• 关键词: 金属ウイスカ; グラファイトウイスカ; 接合; 高強度; 長尺化; 直流電流; 交流電流; 結晶粒

1. 電源が選択可能な接合実験システムの構築　現有の走査型電子顕微鏡内に、XYステージとZステージ、高精度マニピュレータを独立に配置したサンプルホルダを試作して設置した。電子顕微鏡のフィードスルーを介して直流電流と交流電流を導入し、接合に用いる電源を選択可能にした。実際に基板上に作製したAlウイスカをマニピュレータにより操作・把持すると共に通電することで、構築した実験システムの有用性を確認した。2. 直流電流を用いた金属細線の接合と熱エネルギーの算出　融点や電気抵抗率の異なるPt、Cu、Fe、Al細線同士の接合実験を行った。細線の直径範囲は0.5～50umであり、Fe、Al細線は原子拡散現象を利用して作製した。様々な通電区間長さにおいて直流電流を用いた接合実験を行い、電極間電圧の時間変化より接合時の熱エネルギー量を算出した。接合した直径20umのPt細線について引張試験を実施し、引張強度と接合に要した熱エネルギー量との間に相関があることを確認した。また接合した直径25umのCu細線の接合部近傍の結晶組織を詳細に観察することで、接合部から60um以内の領域で結晶粒が大きく成長していることを確認した。3. 交流電流を用いた金属細線の接合実現　直径20umのPt細線を対象として交流電流を用いた接合実験を行った。直流電流を用いて接合に成功した電流値を最大振幅とする1Hzの交流電流を細線に10秒間付与することにより、細線同士の接合にはじめて成功した。この時の入力熱量は直流電流を用いた場合のそれと比較しておよそ1/3であった。また電流の最大振幅のみならず、周波数や電流波形を変えることでも細線接触部の溶融挙動が変化することを確認した。加えて原子拡散現象を利用して作製したCu細線の電流-電圧特性を計測すると共に、当該特性の変化から水中のエタノールが検知できることを確認した。

1. The power supply can be combined with the system to construct the existing walk-through electronic micro-mirror, XY system, high-precision electronic micro-mirror, and the system can be configured independently. Electronic micromirrors are capable of supplying DC current and AC current to and from the junction. To confirm the usefulness of the system 2. DC current is used to calculate the melting point and the difference in electrical resistivity between Pt, Cu, Fe and Al thin wires. The diameter of fine wire is 0.5~50um. Fe, Al fine wire is controlled by atomic dispersion phenomenon. The duration of the current application is calculated by the time the voltage between the electrodes changes and the amount of heat generated during the bonding. Joining diameter of 20um Pt thin wire tension test, tension strength, joint heat production, time correlation, confirmation The crystal structure near the junction of Cu fine wire with diameter of 25um was observed in detail. The crystal grain growth in the region within 60um of the junction was confirmed. 3. AC current is used in the bonding of thin metal wires with a diameter of 20um, and Pt thin wires are used in the bonding of AC current. If direct current is used to successfully bond, the current value must be the maximum amplitude and an alternating current of 1 Hz is applied to the thin wire in 10 seconds. Therefore, the bonding of thin wires to the same wire is successful. When the heat is applied, the current is applied. The maximum amplitude of the current, the number of cycles, and the current waveform are determined. The measurement of current-voltage characteristics of Cu thin wire by using atomic dispersion phenomenon and the detection of current-voltage characteristics of Cu thin wire by using atomic dispersion phenomenon are confirmed.