Room temperature bonding of metal oxide films by surface activated bonding method

表面活化键合法室温键合金属氧化膜

基本信息

批准号：
20K14629
负责人：
内海淳
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture (2021-2022)Kanagawa University of Human Services (2020)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

熱処理不要な優位性を持つ表面活性化法による常温接合技術は、多くの材料に適用可能だが酸化物系材料は難しい。しかしながら、サファイア同士では強固な接合が確認できており、その接合機構を解明することでさらなる適用材料の拡大が期待でき、今後ニーズ増大が予想される異種材料間接合への展開に向けた基盤技術整備につながる。初年度ではX線光電子分光法（XPS）によりサファイアウェハ表面における活性化処理後表面の化学結合状態及び組成分析を行い、活性化のための照射ビーム条件との関連性把握を中心に検討した。状態分析からビーム照射により表面の結晶性にダメージ発生が確認され、定量分析から照射後の表面はAl-richであり、シミュレーション結果と定性的な一致が得られた。これらの成果は、Scripta Materialia, Vol. 191 (2021)として発表した。2年度目では、電子エネルギー損失分光法（EELS）を用いて常温接合によるサファイア間接合界面におけるAlの電子構造解析を中心に検討した。透過電子顕微鏡（TEM）により接合界面には厚さ1nm程度の中間層の存在が確認され、その中間層内のAlのEELSスペクトルはサファイア内のそれとほぼ同様であり、中間層における結晶性は維持されていると考えられる。しかしながら、XPSによる分析結果と同様に中間層におけるAlのEELSスペクトルにおいてもブロード化が確認され、結晶性へのダメージも同時に発生していることを明らかにした。本年度に関しては、2か月の実施期間の中で、前年度のEELS測定データの詳細な解析を試み、前記中間層におけるAlの配位構造がサファイアにおけるAlのそれとは異なる構造を形成している可能性を示し、前年度得られた結果と合わせ、論文投稿に向けたデータ整理を行った。以上、本研究により、酸化物系材料の接合技術を確立する上で有用な知見整備ができたと考えられる。今後、本研究で得られた結果を論文等で成果発表する予定である。

使用表面活化的室温键合技术具有不需要热处理的优点，可以应用于许多材料，但对于氧化物基材料来说很难做到。然而，蓝宝石之间的强结合已经得到证实，并且结合机制的阐明有望进一步扩大适用材料的范围，为异种材料之间的结合的发展提供基础技术，预计这方面的需求将会增加。导致维护。第一年，我们利用X射线光电子能谱（XPS）分析了活化蓝宝石晶片表面的化学键状态和成分，并重点了解与活化照射束条件的关系。状态分析证实了光束辐照对表面结晶度的破坏，定量分析表明辐照后的表面富Al，这与模拟结果定性一致。这些结果发表为 Scripta Materialia，第 191 卷 (2021)。第二年，我们重点利用电子能量损失谱（EELS）在室温键合的情况下分析了蓝宝石-蓝宝石键合界面上铝的电子结构。透射电子显微镜（TEM）证实键合界面处存在厚度约为1 nm的中间层，中间层中Al的EELS谱与蓝宝石几乎相同，且中间层的结晶度良好据认为这已经完成了。然而，与XPS分析结果类似，在中间层中的Al的EELS光谱中确认了展宽，这表明同时发生了结晶度的破坏。今年，我们尝试对去年两个月的实施期间的EELS测量数据进行详细分析，发现中间层中Al的配位结构形成了与蓝宝石We中Al的配位结构不同的结构。结合前一年得到的结果，展示了这种可能性，并整理了数据，准备提交论文。如上所述，相信这项研究为建立氧化物基材料的键合技术提供了有用的知识。未来，我们计划以论文或其他形式发表本研究获得的结果。