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

评估单晶硅的断裂特性以提高微机械结构的可靠性

基本信息

批准号：
13J01559
负责人：
上杉晃生
金额：
$ 1.73万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。评估从微观到纳米级的结构的断裂特性：在这项研究中，在高温环境中对单晶硅微结构进行了拉伸测试，不仅对结构尺寸和环境温度对断裂强度的影响，而且还对结构尺寸对稀疏的硫化硫化性脂质温度的影响进行。我们使用高温真空拉伸测试装置使用红外冷凝加热，直到上一年，我们致力于测量平面方向的不同拉伸轴向取向样品（110）。在500°C下进行了高温拉伸测试，并根据张力轴的方向确认了滑动生成部分和样品断裂部分之间的位置关系差。在<110>方向样品中，裂缝开始在滑动引起的步骤附近，这被认为与高温下断裂强度的降低有关。将来，我们计划在标本上进行高温拉伸测试，不仅具有拉伸轴的方向，而且还要在更多样化的温度条件下进行宽度尺寸。 2。拉伸疲劳测试：我们努力使用集成应变测量值开发一种平行的拉伸测试方法，作为一种在短时间内测量单晶硅的高周期拉伸疲劳性能的方法。预计该技术将通过并行化来减少每个样品的测量时间，并通过提高测量系统的刚度来提高环状载荷频率。在测试集成应变仪的测试中，测量了具有良好线性的低噪声桥输出电压，从而证实了该方法的有效性。此外，在平行测试的验证实验中，布置了五个标本，通过桥梁输出电压的变化清楚地显示了每个标本的载荷起点和断裂点。测量系统的高刚度减少了测量所需的执行器的位移，并且可以在原型设备中实现110Hz的拉伸疲劳测试。将来，我们计划进行改进以提高测量准确性并进行疲劳测试。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

High-temperature tensile testing machine for investigation of brittle-ductile transition behavior of single crystal silicon microstructure

用于研究单晶硅微观结构脆塑转变行为的高温拉伸试验机

DOI：
10.7567/jjap.54.06fp04
发表时间：
2015
期刊：
Japanese Journal of Applied Physics
影响因子：
1.5
作者：
Minato Hirano;Kentaro Yoshii;Mizuki Sakai;Rie Hasebe;Osamu Ichii and Hiroaki Kariwa;上杉晃生，安富貴浩，平井義和，土屋智由，田畑修
通讯作者：
上杉晃生，安富貴浩，平井義和，土屋智由，田畑修

(110)単結晶シリコン薄膜引張破壊特性に及ぼす表面形態及び結晶方位の影響

(110) 表面形貌和晶体取向对单晶硅薄膜拉伸断裂性能的影响

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
日本機械学会論文集A編
影响因子：
0
作者：
上杉晃生;平井義和;菅野公二;土屋智由;田畑修
通讯作者：
田畑修

単結晶シリコンマイクロ構造の高温機械特性(所属研究室ウェブサイトの研究内容に関するWebページ)

单晶硅微结构的高温力学性能（附属实验室网站研究内容相关网页）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Tensile testing in vacuum with concentrated infrared light heating for single crystal silicon mechanical characterization at high temperature

采用集中红外光加热的真空拉伸测试，用于单晶硅高温机械表征

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mizuki Sakai;Kentaro Yoshii;Yuji Sunden;Kana Yokozawa;Minato Hirano and Hiroaki Kariwa;上杉晃生，平井義和，土屋智由，田畑修
通讯作者：
上杉晃生，平井義和，土屋智由，田畑修

Effect of crystallographic orientation on tensile fractures of (100) and (110) silicon microstructures fabricated from silicon-on-insulator wafers

晶体取向对绝缘体上硅晶圆制造的（100）和（110）硅微结构拉伸断裂的影响