人工相分離組織を有する2層膜の組織変化とパターン形成

本研究は、金属元素(Ag,Al)と半導体元素(Ge,Si)からなる相分離型2元合金系を対象として,人工的な2相分離組織を有する非平衡2層膜を熱処理した際に生じる組織変化と組織が示すパターン変化を,各種キャラクタリゼーション法を駆使した実験および計算機シミュレーションによる理論解析により追究したものである。得られた研究成果は以下のようにまとめられる。1)Ag/Ge,Al/Ge,Ag/SiおよびAl/Si系の2層膜においては,GeおよびSi層は非晶質で,熱処理によって結晶化(Metal-Mediated Crystallization;MMC)が起きる。2)MMCの進行に伴い2層膜表面にGeあるいはSiの結晶性クラスターが現われる。3)結晶性クラスターの描くパターンは,拡散律速凝集(Diffusion-Limited Aggregation ; DLA)や粘性指(Viscous Fingering)などのフラクタル状,デンドライト状など,様々な形態を示す。4)上記の多様なパターンの出現には,合金系,2層膜の作製方法,熱処理温度,各層の厚さ,2層の厚さの比,表面側金属層の結晶粒度,基板からの拘束,などの因子が関係している。5)結晶性クラスターの形態変化つまりパターン変化は,平衡から離れた非線形・非平衡系における変化であり,上記諸因子の僅かな違いが,大きなパターンの違いを生むことが多い。6)パターンの変化は,Phase Field法に基づく計算機シミュレーションによって理論的に再現することができる。

本研究は、金属元素(Ag,Al)と半導体元素(Ge,Si)からなる相分離型2元合金系を対象として,人工的な2相分離組織を有する非平衡2層膜を熱処理した際に生じる組織変化と組織が示すパターン変化を,各種キャラクタリゼーション法を駆使した実験および計算機シミュレーションによる理論解析により追究したものである。得られた研究成果は以下のようにまとめられる。1)Ag/Ge,Al/Ge,Ag/SiおよびAl/Si系の2層膜においては,GeおよびSi層は非晶質で,熱処理によって結晶化(Metal-Mediated Crystallization;MMC)が起きる。2)MMCの進行に伴い2層膜表面にGeあるいはSiの結晶性クラスターが現われる。3)結晶性クラスターの描くパターンは,拡散律速凝集(Diffusion-Limited Aggregation ; DLA)や粘性指(Viscous Fingering)などのフラクタル状,デンドライト状など,様々な形態を示す。4)上記の多様なパターンの出現には,合金系,2層膜の作製方法,熱処理温度,各層の厚さ,2層の厚さの比,表面側金属層の結晶粒度,基板からの拘束,などの因子が関係している。5)結晶性クラスターの形態変化つまりパターン変化は,平衡から離れた非線形・非平衡系における変化であり,上記諸因子の僅かな違いが,大きなパターンの違いを生むことが多い。6)パターンの変化は,Phase Field法に基づく計算機シミュレーションによって理論的に再現することができる。