表面の局所電子プローブイメージングによるシリコンの機械的疲労損傷機構描像への挑戦

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研究計画最終年度の平成22年度では、実際に疲労試験を行う試験片に電子的加工を施してEBIC(Electron Beam Induced Current)による観察を行った。シリコンからなる実際のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)構造は、通常エッチングにより成型加工された複雑な形状を有し、加工面のエッチング損傷を起点とする破壊が強度を決定する。このため、環境制御型電子顕微鏡(ESEM)内での疲労試験を行うべく昨年度に作製した試験片のエッチング面に対し、特殊治具を開発して用いることでイオンインプランテーションを行ってp-n接合を導入することに成功した。効率的なEBIC観察には電位勾配を試験片に組込むことが重要となるが、この工夫によりショットキ接合のために金属で表面を覆って疲労過程に大きな影響を与える可能性を回避し、かつ蒸着電極自体の疲労寿命に関する懸念を払拭することができた。これにより二次電子のコントラストを画像化する通常の電子顕微鏡では見ることのできなかった結晶欠陥の状態を、電子ビームの誘起する電流のパターンとして明瞭に観察することに成功し、上記のp-n接合の持つ優れた特徴とあわせて、機械的疲労過程における損傷の連続リアルタイム観察への道を拓いた。試験片へのp-n接合の導入が難航したため本格的な疲労試験は現在進行中の状況となっているが、EBIC観察に関する成果に関しては次頁の研究発表の項に記したように既に学会において公表されている。損傷の電子的観察自体に関する問題点は現在既にほぼ克服されたと考えられるため、間もなく環境制御型電子顕微鏡(ESEM)内での機械疲労試験に習熟することで観察データが加速度的に蓄積され、今後の大きな成果が期待される状況となっている。