解明』を紹介するページです。用いて作製された、これらのセンサ、アクチュエータデバイスでは構造材料として単結晶シリコンが利用されています。これは単結晶シリコンが高い比弾性率、高強度によって機械材料として優れた性質を持つことによるものです。一方で、セラミックと同様に脆性材料であるため、破壊が塑性変形なしに”catastrophic”に発生すること、その強度がばらつくことが問題となっています。シリコンの”疲労”現象については、少なくとも繰り返し荷重印加による強度の低下、またこの強度の低下に湿度、特に露点に近い高湿度が影響を及ぼすことが認められていますが、そのメカニズムについては様々な考え方が示されていて、議論が行われています。このように高い強度であるにもかかわらず、高い安全率を見ることによってデバイスの性能が制限されていること、破壊、疲労のメカニズムが明らかになっていないことが、MEMSのさらなる応用拡大の障壁になっていると考え、この研究を行っています。ために単軸引張試験による材料特性評価を行っています。微小な試験片を高精度かつ効率よく試験するために、独自の試験片固定方法として静電力を用いています。試験片が導電材料の場合は試験片とチャックの間に電圧を印加します。用いられている構造材料であるシリコンは高い比弾性率と高い破断強度を持っており、この点で優れた構造材料といえます。あることや疲労破壊が懸念されており、特に雰囲気湿度の影響が報告されています。この装置は試験雰囲気を最高90%RHにすることが可能です。online)[abstract]最高800°Cでの試験を目指して、赤外線加熱による試験装置を試作しています。これまでに600°Cでの単結晶シリコンの引張試験を試みています。press)真空中で引張試験可能な装置です。薄膜材料の引張試験を簡易にかつ効率よく試験するために「静電チャック」という試験片の把持方法を提案しました(特許取得)。この手法を用いて、シリコン、絶縁膜、金属膜など多種多様な材料の引張試験を行い、薄膜材料の機械的物性を評価してきました。現在は、MEMS用構造材料としてSOIウエハの単結晶シリコン活性層の試験を様々な角度から行っています。用いて、一定湿度下での疲労試験を行いました。露点に近い高湿度下では同一応力下でも破壊に至るまでの荷重繰り返し数が少なくなる(寿命が短くなる)傾向が観察されています。(2010).500°C、大気中での引張試験を実現しています。下図は引張試験による応力-ステージ変位線図と、破断面の写真です。すべり線のような形態がみられます。(2010).疲労破壊の要因として表面の酸化膜の影響が考えられています。ここでは、単結晶シリコン試験片の表面を酸化して引張強度を測定しました。表面や界面でなく内部から破壊していると考えています。DD2.3同一のSOIウエハから作製した。結晶方位の異なる試験片を引っ張り試験して破壊の挙動を調べています。単結晶シリコンは(111)面で破壊しています。単結晶シリコン構造体の信頼性試験デバイス構造の信頼性評価手法の開発、ならびにMEMS用材料の疲労データの測定のために共振振動子を用いた疲労試験手法を開発しています。池原毅さんとの共同研究です。最大8個並列で試験することができる装置です。櫛形電極で加振、変位検出する振動子であれば様々なデバイスに適用できます。これまでにSOIウエハより作製した厚み5μmの扇形の回転振動子(扇部半径250ミクロン)で実験を行っています。(2010).単結晶シリコン振動子の疲労寿命におよぼす湿度の影響を評価しています。ばらつきの少ないデータを取得することができるので、通常は差異が見えにくい湿度による疲労寿命の差を観察することができます。(2008).(100)SOIウエハ上に配置を変更することで梁の長手方向を<110>,<100>結晶方位とし、結晶方位の依存性を調べています。