The mechanism of electromigration studied by real-time ultrasound monitoring for single nanowire

本年度は単線Al系合金に高密度電流を流し、破断までの寿命時間の予測、自動計測プログラムの作成、超高周波超音波を用いた非破壊その場リアルタイム診断を実現した。まず実験条件を精査するために室温環境下で電流印加試験を行い、特定の厚さ・幅・長さのAl合金ナノワイヤに対して27-29 MA/cm2の電流印加を行い、破断寿命を見積もった。そのうえでピコ秒超音波法により作成したプログラムを用いて電流印加による反射率変化を非接触・非破壊で計測した。電流印加によりレーザ計測個所において破断した試料では電気抵抗はほぼ変化が現れない時点から超音波の第1エコーの振幅や熱拡散速度が低下することを発見した。この減衰は特に100GHz帯の高周波領域において顕著であった。欠陥は超音波の散乱源になる。そして超音波の散乱減衰係数は散乱体の大きさの3乗と周波数の4乗に比例して大きくなる。よって欠陥が多い方が減衰が大きくなり、さらに高周波成分ほど減衰が大きい。その結果、高周波成分が低周波成分よりも減衰する割合が高くなり、計測した反射率変化の第1エコーの周波数が下がる一方、計測個所以外で破断した試料においてはそれらの変化はほとんど現れず、また電流を印可しないコントロール実験も同様に変化に乏しい結果を示した。この変化は電気抵抗が変化するだいぶ以前の時点から欠陥の生成と拡散が始まっていることを超音波計測によって非破壊・その場・リアルタイム観測を示したものである。

本年度は単線Al系合金に高密度電流を流し、破断までの寿命時間の予測、自動計測プログラムの作成、超高周波超音波を用いた非破壊その場リアルタイム診断を実現した。まず実験条件を精査するために室温環境下で電流印加試験を行い、特定の厚さ・幅・長さのAl合金ナノワイヤに対して27-29 MA/cm2の電流印加を行い、破断寿命を見積もった。そのうえでピコ秒超音波法により作成したプログラムを用いて電流印加による反射率変化を非接触・非破壊で計測した。電流印加によりレーザ計測個所において破断した試料では電気抵抗はほぼ変化が現れない時点から超音波の第1エコーの振幅や熱拡散速度が低下することを発見した。この減衰は特に100GHz帯の高周波領域において顕著であった。欠陥は超音波の散乱源になる。そして超音波の散乱減衰係数は散乱体の大きさの3乗と周波数の4乗に比例して大きくなる。よって欠陥が多い方が減衰が大きくなり、さらに高周波成分ほど減衰が大きい。その結果、高周波成分が低周波成分よりも減衰する割合が高くなり、計測した反射率変化の第1エコーの周波数が下がる一方、計測個所以外で破断した試料においてはそれらの変化はほとんど現れず、また電流を印可しないコントロール実験も同様に変化に乏しい結果を示した。この変化は電気抵抗が変化するだいぶ以前の時点から欠陥の生成と拡散が始まっていることを超音波計測によって非破壊・その場・リアルタイム観測を示したものである。