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単結晶の結晶塑性特性評価が可能な試験片 コモンズ

国内特許コード P140010783
掲載日 2014年8月1日
出願番号 特願2014-115933
公開番号 特開2015-230217
出願日 平成26年6月4日(2014.6.4)
公開日 平成27年12月21日(2015.12.21)
発明者
  • 神谷 庄司
  • 小岩 康三
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 単結晶の結晶塑性特性評価が可能な試験片 コモンズ
発明の概要 【課題】結晶構造を持つ材料を含んだ機械的な構造設計における設計パラメータとして機能する結晶塑性特性の情報を取得可能な試験方法においては、局所的なすべり変形が急激に発生する転位バースト現象を起こすためにシミュレーションとの整合性に欠けること、さらに触針と試験片の接触に対する感度が大きく、試験が非常に難しいという課題がある。
【解決手段】単結晶の金属材料を、一方の片端を固定した半円弧形状の試験片に加工し、他方の自由端に触針によって面外方向に一軸負荷を与える試験を行う。本試験片の形状により、曲げモーメントが0になり、純粋なねじりトルクがかかる。本試験片による試験とシミュレーションの併用により機械的な構造設計における設計パラメータを得ることができる。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


半導体デバイスやMEMS(Micro Electro Mechanical System)デバイスといった微小構造をもつ構造体において、ウィークポイントとして知られている異種材界面の局所強度情報はデバイスの信頼性を確保するのに必要である。しかし、それらを評価するためには特許文献1のように、実験およびシミュレーションによる解析が不可欠であり、その前提として内部配線の銅の機械特性を得る必要がある。



従来、デバイス内部の銅の特性として用いられているものは、多結晶で均質として扱われるバルク材料のものである。しかし、マイクロ・ナノスケールの微細構造を持つデバイス等の内部においては、その破壊の起点が非常に微細で局所的であるため、その応力場の大きさに対して破壊起点近傍の銅の結晶粒径や結晶方位の影響を無視できなくなる。そのため、内部配線に用いる銅の特性に関しては、破壊起点付近の銅配線の結晶異方性、さらには結晶塑性特性を考慮する必要がある。



従来の配線に用いる銅の結晶塑性特性の評価方法として、単結晶で作製された試験片に対する圧縮試験を行う非特許文献1の方法がある。単結晶であるので結晶異方性を考慮する必要がない。この手法では、実験における荷重-変位曲線とシミュレーションにおける荷重-変位曲線が合うようにパラメータを決定することで銅の特性を同定する。しかし、この手法では、試験片が非常に小さくなった場合、局所的なすべり変形が急激に発生する転位バースト現象を起こすためにシミュレーションとの整合性に欠けること、さらに触針と試験片の接触に対する感度が大きく、試験が非常に難しいという問題がある。

産業上の利用分野


本発明は、ねじり試験による単結晶の金属材料の結晶塑性特性の評価技術に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
一方の端部を固定端し、他方の端部は自由端とし、
前記固定端から、前記自由端に向けて一つの平面内の半円弧形状を持ち、
前記自由端において、
前記平面に対して垂直方向に荷重をかける試験片。

【請求項2】
幅と高さがほぼ等しい多角形または円形の断面形状を持つことを特徴とする請求項1に記載の試験片。

【請求項3】
単結晶の金属材料であることを特徴とする請求項1乃至請求項2の何れか1項に記載の試験片。

【請求項4】
前記半円弧の曲率半径が100nm~3μm、
前記断面形状の幅と高さが100nm~1μmであることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の試験片。




国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014115933thum.jpg
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