Active control of fracture and strength for oxide materials using electron beam induced quantum dot array

使用电子束诱导量子点阵列主动控制氧化物材料的断裂和强度

• 批准号: 22H01819
• 负责人: 生津 資大
• 金额: $ 11.15万
• 依托单位: Kyoto University of Advanced Science
• 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-22H01819/
• 关键词: 電子線照射; シリコンナノドット; Si酸化膜; 破壊; 強度; シリコン量子ドット; 破壊強度; 能動制御; MEMS; ナノドット

本研究では，酸化物脆性材料が持つ「強度不足とばらつき」問題に対し，電子線（Electron Beam: EB）照射で局所還元させて形成する量子ドット（Quantum Dot: QD）を巧みに配列させ，その周辺を応力集中源としてき裂進展経路を人為操作して高靭化する「材料強度アクティブ制御」技術を構築し，「高強度＋極微小ばらつき」を実現する新しい強度制御法を提案する．Si酸化膜をモデルケースとし，Si-QDの核形成～成長・結晶化に至るメカニズムを実験的／解析的に理解した上でSi-QD配列の破壊強度への効果をナノ力学実験で実証する．マクロスケールの破壊をもSi-QD配列で完全制御できることを確認し，高強度（平均強度50%UP）＋極小ばらつき（従来比1/10）の目標達成に挑む．この新しい「材料強度アクティブ制御」技術を確立して酸化物脆性材料の強度予測を容易にし，素材の性能・機能を最大限活かす「極小安全率」機械構造デザインを提供する材料／構造設計法を創出する．初年度となる2022年度，まず，Si-QDを形成できるEB照射条件の探索を行った．電子顕微鏡もEB照射システムを用いて加速電圧ならびにビーム電流を変化させ，Si熱酸化膜に照射した後，透過電子顕微鏡（TEM）やラマン分光装置などでSi-QDの評価を行った．また，Si-QDがSi酸化膜の強度に及ぼす影響を調べるため，ナノスケール引張試験とマイクロスケール曲げ試験の準備を行った．ここでは，試験片の作製方法と試験技術の双方を確立した．

In this study, the acid brittle material has a problem of "insufficient strength", and the electron line (Electron Beam: EB) Irradiation is the result of the formation of quantum dots.（Quantum Dot: QD) is a new type of strength control method proposed for the realization of "high strength + fine dust".Si acidizing film is a new type of strength control method. The effect of Si-QD alignment on the strength of Si-QD core formation, growth, crystallization, etc. is demonstrated by mechanical experiments. Si-QD configuration is completely controlled, high intensity (average intensity 50%UP)+ minimum intensity (ratio 1/10) is achieved. This new technology of "material mechanics control" is established to make it easy to predict the strength of brittle materials, and to provide a material/structure design method for the maximum limit of material performance and function, and for the "minimum safety rate" of mechanical structure design. In the first year of 2022, Si-QD was formed and EB irradiation conditions were explored. Electron micromirrors (TEM) and electron spectrometers (EDS) are used to accelerate the voltage and current changes, and Si thermally acidified films are irradiated, and Si QD is evaluated through electron micromirrors (TEM) and electron spectrometers. Si-QD is the preparation of the Si acidified film strength and its influence on the preparation of the Si acidified film. Both sides of the test piece manufacturing method and test technology are established.

项目成果

Quasi-static Tensile Testing of Freestanding Metallic Film Glued onto a Micromachined Silicon Substrate

粘合到微机械硅基板上的独立式金属薄膜的准静态拉伸测试

• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of the Japanese Society for Experimental Mechanics
• 作者: Michiko Shindo;Daisuke Yasugi;Takahiro Namazu
• 通讯作者: Takahiro Namazu

京都先端科学大学ナノメカトロニクス研究室（生津研究室）

京都先科大学纳米机电一体化实验室（生津实验室）