単結晶Ｓｉナノ構造体の機械特性評価と寸法効果の完全解明

单晶硅纳米结构的机械性能评估和尺寸效应的完整阐明

• 批准号: 14J11524
• 负责人: 藤井 達也
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: University of Hyogo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J11524/
• 关键词: 単結晶シリコン; ナノワイヤ; 引張試験; 機械特性; 集束イオンビーム; 高真空アニール; in-situ SEM; NEMS

本研究では，完全表面・完全結晶を持つ単結晶Siナノワイヤの作製技術とナノスケール材料の機械特性評価技術を確立し，加工によるプロセス効果を含まない機械特性のサイズ効果を解明することを目的としている．最終年度となる平成27年度，2つの課題を中心に研究を実施し，下記の成果を挙げた．【ナノ構造体の機械物性計測技術の確立】Siナノ構造体の機械物性を定量評価するために引張試験用MEMSデバイスを独自に設計開発した．デバイスは，櫛歯型の静電アクチュエータと静電容量センサから構成され，ナノ試験片に単軸引張負荷を付与でき，かつ試験片の伸びと試験片に付与された荷重とを実測できる．変位・荷重の計測分解能をそれぞれ1nm，10nNとしてデバイス設計を実施した．また，デバイスを電子顕微鏡内に導入し，引張試験中のナノ構造体の変形をその場観察・動画取得できる実験システムを構築した．【様々な製法で作製したSiナノ構造体の機械物性評価】FIBを用いたイオン注入とウェットエッチングで作製したSiナノ構造体と，犠牲酸化と酸化膜エッチングを繰り返して細線化したSiナノ構造体の引張評価を実施し，前年度に評価したFIB加工Siナノ構造体の機械物性と比較した．FIB注入Siナノワイヤのヤング率はFIB加工Siナノワイヤのヤング率の最低値と概ね一致した．一方，犠牲酸化Siナノワイヤのヤング率は単結晶Siのバルク値と概ね一致した．各試験片の断面TEM観察をもとに内部構造と機械物性との関係を評価し，製造プロセスの違いによるダメージ効果を検討した．以上の知見より，今後，内部構造が単一でその内部に界面がなく，かつ単結晶構造を有する幅10nm程度のSiナノ試験片を作製する技術が確立できれば，「プロセス効果を除く真のサイズ効果」を完全解明することができる可能性があると期待できる．

This study aims to establish the fabrication techniques and mechanical properties evaluation techniques for fully surface and fully crystalline Si materials, and to clarify the effects of processing, including mechanical properties. The final year is 27 years, 2 years of research and implementation of the project center, and the results are recorded below. [Establishment of Mechanical Property Measurement Technology for Nao Structures] To quantitatively evaluate the mechanical properties of Si Nao structures, we independently designed and developed MEMS devices for tensile testing. The electrostatic capacitance of the comb type is determined by applying a tensile load on each axis of the test piece. The tensile load on the test piece is determined by applying a tensile load on the test piece. The measurement and resolution energy of the load is 1nm, 10 nm and the design is implemented. The structure of the structure is introduced into the electron microscope, and the field observation and animation of the structure are obtained. [Preparation of Si Structure and Mechanical Properties Evaluation] FIB is used to prepare Si structure, acidify and acidify film, and conduct tensile evaluation of Si structure. The mechanical properties of FIB processed Si structures were compared in the previous year. The lowest values of FIB implanted Si structures were almost the same. On the one hand, the ratio of acidified Si to crystalline Si is the same as that of crystalline Si. TEM observation of the cross-section of each test piece was carried out to evaluate the relationship between the internal structure and mechanical properties, and to investigate the performance of the test piece during production. From now on, the technology for manufacturing Si samples with a single crystal structure and a single internal interface has been established, and the possibility of "removing the true results of Si samples" has been fully explained.

项目成果

静電駆動型MEMSデバイスによる犠牲酸化SiナノワイヤのSEM内引張試験

使用静电驱动 MEMS 器件对牺牲氧化硅纳米线进行扫描电镜 (SEM) 拉伸测试

• 发表时间: 2015
• 作者: Tatsuya Fujii;Koichi Sudoh;Shozo Inoue;and Takahiro Namazu;Hironao Miyatake;藤井 達也，伊奈 銀之介，井上 尚三，生津 資大
• 通讯作者: 藤井 達也，伊奈 銀之介，井上 尚三，生津 資大

兵庫県立大学 工学部 機械・材料工学科 生津資大 研究グループ ホームページ

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Effect of Crystallinity-damage Recovery on Mechanical Properties of Ga-implanted Sub-100nm Si Nanowires

结晶损伤恢复对掺镓亚 100 nm 硅纳米线机械性能的影响

• 发表时间: 2015
• 作者: Tatsuya Fujii;Takahiro Kozeki;Shozo Inoue;and Takahiro Namazu
• 通讯作者: and Takahiro Namazu

FIB-induced-damage Recovery Mechanism of Silicon Nanowires by Vacuum Annealing

硅纳米线真空退火 FIB 损伤恢复机制

• 发表时间: 2015
• 作者: Tatsuya Fujii;Takahiro Kozeki;Koichi Sudoh;Eri Miura-Fujiwara;Shozo Inoue;and Takahiro Namazu
• 通讯作者: and Takahiro Namazu

Siナノワイヤの引張機械特性のアニール効果

退火对硅纳米线拉伸力学性能的影响

• 发表时间: 2014
• 作者: Y. Okazawa;K. Kondo;M. Akita;M. Yoshizawa;藤井達也，赤峰宏和，Dao Dzung，生津資大;藤井達也，小杉幸次郎，米谷玲皇，須藤孝一，井上尚三，生津資大
• 通讯作者: 藤井達也，小杉幸次郎，米谷玲皇，須藤孝一，井上尚三，生津資大