超音波顕微鏡による薄膜構造の信頼性評価に関する研究

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本研究は,超音波顕微鏡を用いた複素V(z)曲線解析法による材料の局所領域における薄膜材料の力学的特性を評価することを目的とした.まず,薄膜材料と液体との連成問題について解き,数値計算により,薄膜材料においては表面波速度は分散性を有し,薄膜の横波速度が基板の横波速度よりも遅い場合にはRayleigh波と異なるモードの表面波であるSezawa波が存在することを確かめた.そして膜厚が薄い場合にはRayleigh波の伝播速度は,基板単体でのRayleigh波の伝播速度に,Sezawa波の伝播速度は,基板単体での縦波の伝播速度に漸近することがわかった.そして,超音波顕微鏡により,実際に溶融石英上に金膜を真空蒸着させた薄膜皮膜材料を用いて波動伝播速度を測定した.その結果,Rayleigh波およびSezawa波の伝ぱ速度を同時に測定することができた.また周波数を変化させて波動伝播速度を測定し,波動伝播速度に分散性があることを確かめ,分散曲線を得た.得られた分散曲線から薄膜の物性値である縦弾性係数,横弾性係数,密度および膜厚の同定を試みた.同定を行う際には,測定されたRayleigh波およびSezawa波の2つの分散曲線について数値計算により得られる分散曲線との曲線適合を行った.その結果,密度と膜厚との関係式の導入により縦弾性係数,横弾性係数,密度および膜厚についての物性値の同定が可能となった.特にRayleigh波およびSezawa波の2種の表面波を用いることにより,同定結果が安定することが確かめられた.また,その同定結果の縦弾性係数,横弾性係数および密度はすべてバルクの値より小さい結果が得られた。