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マイクロマシン用薄膜材料の機械的特性と周囲環境の影響に関する研究

微机械用薄膜材料力学性能及周围环境影响研究

基本信息

批准号：
07J10604
负责人：
中尾茂樹
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

マイクロマシン用薄膜材料として主要な材料である単結晶シリコンの破壊特性に対して詳細な解析を行った.厚さ4μmの単結晶シリコン薄膜の引張試験片をオンチップ引張試験デバイス上に作製し,周囲温度を常温から500℃まで変化させながら破壊靱性試験を行うことにより,単結晶シリコンの破壊挙動の変化を破壊靱性値の変化から評価した.さらに,破壊後の試験片に対して,FE-SEMやHVEM(超高圧電子顕御鏡)を用いて詳細な解析を行い,破壊モードの変化と破壊形状あるいは破壊時に薄膜内部に発生した転位との相関性について評価を行った.また,破壊挙動と膜厚との関係を明らかにするため,膜厚0.17-4.7μmの範囲で破壊靱性試験を行い,それぞれの試験片に対して破壊挙動を詳細に解析した.これらの評価から,単結晶シリコン薄膜の破壊特性に対する膜厚と温度の効果について,以下に示すような知見が得られた.・厚さ4μmの単結晶シリコン薄膜は,70℃において破壊挙動の遷移が発生した.従来のバルク材における脆性-延性遷移温度は600℃以上であり,薄膜材料においては寸法効果によりこれが減少するものと考えられる.この破壊挙動の変化により,薄膜の破断面は異なる様相を示した他,破断面付近に発生した転位の数,長さは80℃以上で破壊した試験片において拡張していることを確認した.薄膜の厚さが4μm以下に減少するに従って破壊靱性値が増加する傾向を確認した.常温において4μm厚さの試験片は1.3MPa程度であったのに対し,1μm以下になると2-3MPa程度の高い値を示した.さらに,これまで単結晶シリコンに対する常温の引張破壊では確認されることのなかった転位が,膜厚が下がるにつれて破断面付近に多く発生していることを確認した.

Detailed analysis of the crystalline properties of thin film materials used in the manufacture of films The tensile test sheet of 4μm thick single crystal thin film was prepared at ambient temperature from 500℃ to 500℃, and the tensile test sheet was evaluated at ambient temperature. In addition,FE-SEM and HVEM(Ultra High Voltage Electron Microscope) were used to analyze the film in detail, and the film was analyzed in detail. The relationship between the film thickness and the film thickness was analyzed in detail. The film thickness was 0.17-4.7μm. This review shows that the breakdown characteristics of single crystalline thin films depend on the film thickness and temperature. A thin crystalline film with a thickness of 4μm was prepared at 70 ℃. The brittle-ductile transition temperature of the film material is above 600℃, and the film material is reduced in size. The temperature of the film is higher than 80℃, and the temperature of the film is higher than 80℃. The thickness of thin films decreased below 4μm, and the tendency of film properties to increase was confirmed. At room temperature, the thickness of the test piece is 4μm, which is about 1.3 MPa, and below 1 μm, it is about 2-3MPa. In addition, the film thickness is lower than that of the film thickness, and the fracture surface is closer to that of the film thickness.