Establishment of high-strength joining technique for micro or nanowires and realization of long whiskers

微纳米线高强度连接技术的建立及长晶须的实现

基本信息

批准号：
22H01350
负责人：
燈明泰成
金额：
$ 11.15万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

1. 電源が選択可能な接合実験システムの構築　現有の走査型電子顕微鏡内に、XYステージとZステージ、高精度マニピュレータを独立に配置したサンプルホルダを試作して設置した。電子顕微鏡のフィードスルーを介して直流電流と交流電流を導入し、接合に用いる電源を選択可能にした。実際に基板上に作製したAlウイスカをマニピュレータにより操作・把持すると共に通電することで、構築した実験システムの有用性を確認した。2. 直流電流を用いた金属細線の接合と熱エネルギーの算出　融点や電気抵抗率の異なるPt、Cu、Fe、Al細線同士の接合実験を行った。細線の直径範囲は0.5～50umであり、Fe、Al細線は原子拡散現象を利用して作製した。様々な通電区間長さにおいて直流電流を用いた接合実験を行い、電極間電圧の時間変化より接合時の熱エネルギー量を算出した。接合した直径20umのPt細線について引張試験を実施し、引張強度と接合に要した熱エネルギー量との間に相関があることを確認した。また接合した直径25umのCu細線の接合部近傍の結晶組織を詳細に観察することで、接合部から60um以内の領域で結晶粒が大きく成長していることを確認した。3. 交流電流を用いた金属細線の接合実現　直径20umのPt細線を対象として交流電流を用いた接合実験を行った。直流電流を用いて接合に成功した電流値を最大振幅とする1Hzの交流電流を細線に10秒間付与することにより、細線同士の接合にはじめて成功した。この時の入力熱量は直流電流を用いた場合のそれと比較しておよそ1/3であった。また電流の最大振幅のみならず、周波数や電流波形を変えることでも細線接触部の溶融挙動が変化することを確認した。加えて原子拡散現象を利用して作製したCu細線の電流-電圧特性を計測すると共に、当該特性の変化から水中のエタノールが検知できることを確認した。

1. 可选电源键合实验系统的构建在现有的扫描电子显微镜中制作并安装了具有独立布置的XY台、Z台和高精度机械手的样品架。通过电子显微镜的馈通引入直流电和交流电，使得可以选择用于键合的电源。通过用机械手实际操纵和抓取在基板上制作的铝晶须并通电，证实了所构建的实验系统的有用性。 2. 直流金属细线的接合及热能的计算我们进行了不同熔点和电阻率的 Pt、Cu、Fe、Al 金属细线的接合实验。细线的直径范围为0.5至50微米，利用原子扩散现象制备Fe和Al细线。在不同的载流部分长度下进行使用直流电的接合实验，并且根据电极之间的电压的时间变化来计算接合期间的热能的量。对直径为20μm的接合后的Pt细线进行拉伸试验，确认拉伸强度与接合所需的热能之间存在相关性。另外，通过仔细观察直径为25μm的接合Cu细线的接合部附近的晶体结构，确认了在距离接合部60μm以内晶粒显着生长。 3.利用交流电实现金属细线键合我们使用直径为20um的细铂丝进行了交流电键合实验。通过对细线施加 1Hz 交流电 10 秒，最大振幅为使用直流电成功接合的电流值，首次成功将细线接合在一起。此时的输入热量与使用直流电时相比约为1/3。我们还证实，细线接触区域的熔化行为不仅可以通过改变电流的最大幅度来改变，还可以通过改变频率和电流波形来改变。此外，我们还测量了利用原子扩散现象制作的铜细线的电流-电压特性，并确认可以根据这些特性的变化来检测水中的乙醇。