原子-連続体マルチスケール解析手法を用いたナノスケール熱弾性特性に関する研究

利用原子连续介质多尺度分析方法研究纳米尺度热弹性特性

基本信息

批准号：
07F07097
负责人：
坂真澄
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

最終年度は申請時に計画した研究を遂行し,以下のような研究実績を得た。1.ナノスケール熱弾性解析のための原子-連続体マルチスケール解析手法の確立薄い円板の非対称、面外変位振動を解析するための熱弾性支配方程式を導出することに成功した。導出した熱弾性支配方程式に対する解析解を導き、同円板の熱弾性減衰が環境温度、円板寸法、および熱的および力学的境界条件に大いに影響することを示した。この成果は、マイクロマシンシステムにおける微細アクチュエータや微小センサの開発に大いに有益な知見である。2.ナノワイヤ創製のためのマルチスケール解析保護膜を有するAl薄膜試験片を対象としてエレクトロマイグレーションを用いたナノワイヤ創製に関するシミュレーション手法を開発した。シミュレーションにより予測した排出原子体積や配線寿命は実験値と良い一致を示し、開発したシミュレーション手法の妥当性を示した。また、ナノワイヤ創製が電流密度や基板温度に大いに影響を受けることを明らかにした。このシミュレーション手法はエレクトロマイグレーションを利用するナノ構造体の創製方法の高度化を図る上で極めて重要である。3.高確度ナノワイヤ創製の実現高確率にできるだけ長いナノワイヤを創製するための新しい試験片を考案した。考案した試験片は通電部にテーパー部を有し、テーパー角度は24°であった。考案した試験片の通電寿命は、同じ電流密度および基板温度において、テーパー部を有しない従来の試験片のそれと比較してかなり長く、高効率にナノワイヤを製造する上でテーパー部の導入が有益であることを示した。

最后一年，我们进行了申请时计划的研究，并获得了以下研究成果。 1. 建立纳米级热弹性分析的原子连续多尺度分析方法我们成功推导了分析薄盘非对称面外位移振动的热弹性控制方程。推导了所导出的热弹性控制方程的解析解，结果表明，圆盘的热弹性阻尼受环境温度、圆盘尺寸以及热和机械边界条件的影响很大。这一结果对于微机械系统中微执行器和微传感器的开发非常有用。 2. 纳米线生成的多尺度分析我们开发了一种使用带有保护膜的铝薄膜样品通过电迁移来生成纳米线的模拟方法。模拟预测的发射原子体积和导线寿命与实验值吻合良好，证明了所开发模拟方法的有效性。我们还发现，纳米线的形成很大程度上受电流密度和基底温度的影响。这种模拟方法对于改进利用电迁移创建纳米结构的方法极其重要。 3. 实现高精度纳米线创建我们设计了一种新的测试件，以高概率创建尽可能长的纳米线。设计的试验片在通电部具有锥部，锥角为24°。在相同的电流密度和衬底温度下，所设计的测试件的载流寿命明显长于没有锥形部分的传统测试件，这表明锥形部分的引入有利于高效率地制造纳米线。事实证明是有的。