マイクロ機械構造体の信頼性向上のための単結晶シリコンの破壊特性評価

1.マイクロからナノスケールまでの構造体の破壊特性の評価：本研究では高温環境で単結晶シリコン微細構造に対して引張試験を行い，構造寸法・周囲温度が破壊強度に及ぼす影響だけではなく，脆性延性遷移温度に対する構造寸法の影響についても評価を行っている．前年度までに開発を行った赤外集光加熱を用いた高温真空引張試験装置を用い，面方位(110)の引張軸方位の異なる試験片の測定に取り組んだ．500 °Cにて高温引張試験を行ったところ，すべりの発生部と試験片の破断部の位置関係に引張軸方位に依存した差異が確認された．<110>方位の試験片ではすべりによって生じたステップの近傍で破壊が始まっており，これは高温下での破壊強度の低下に関係しているものと考えられる．今後，より多様な温度条件の下，引張軸方位だけではなく幅寸法も変更した試験片の高温引張試験を実施する予定である．2.引張疲労試験：単結晶シリコンの高サイクル引張疲労特性を短時間で多数計測する手法として，集積化ひずみゲージを用いた並列引張試験方法の開発に取り組んだ．この手法では，並列化による試験片一つ当たりの測定時間の短縮と，測定系の高剛性化による繰返し負荷周波数の向上が期待される．集積したひずみゲージの検証実験では，線形性の良い低ノイズのブリッジ出力電圧が計測され，提案手法の有効性が確認された．また，試験片を5個配列した並列試験の検証実験では各試験片の負荷開始点・破断点がブリッジ出力電圧の変化によって明瞭に示された．測定系の高剛性化によって測定に必要なアクチュエータの変位が低減されており，試作デバイスでは110Hzの引張疲労試験が実現可能である．今後，計測精度向上のための改良を行い，疲労試験を実施する予定である．

1.マイクロからナノスケールまでの構造体の破壊特性の評価：本研究では高温環境で単結晶シリコン微細構造に対して引張試験を行い，構造寸法・周囲温度が破壊強度に及ぼす影響だけではなく，脆性延性遷移温度に対する構造寸法の影響についても評価を行っている．前年度までに開発を行った赤外集光加熱を用いた高温真空引張試験装置を用い，面方位(110)の引張軸方位の異なる試験片の測定に取り組んだ．500 °Cにて高温引張試験を行ったところ，すべりの発生部と試験片の破断部の位置関係に引張軸方位に依存した差異が確認された．<110>方位の試験片ではすべりによって生じたステップの近傍で破壊が始まっており，これは高温下での破壊強度の低下に関係しているものと考えられる．今後，より多様な温度条件の下，引張軸方位だけではなく幅寸法も変更した試験片の高温引張試験を実施する予定である．2.引張疲労試験：単結晶シリコンの高サイクル引張疲労特性を短時間で多数計測する手法として，集積化ひずみゲージを用いた並列引張試験方法の開発に取り組んだ．この手法では，並列化による試験片一つ当たりの測定時間の短縮と，測定系の高剛性化による繰返し負荷周波数の向上が期待される．集積したひずみゲージの検証実験では，線形性の良い低ノイズのブリッジ出力電圧が計測され，提案手法の有効性が確認された．また，試験片を5個配列した並列試験の検証実験では各試験片の負荷開始点・破断点がブリッジ出力電圧の変化によって明瞭に示された．測定系の高剛性化によって測定に必要なアクチュエータの変位が低減されており，試作デバイスでは110Hzの引張疲労試験が実現可能である．今後，計測精度向上のための改良を行い，疲労試験を実施する予定である．