【研究分野】材料加工・処理

【研究領域課題番号】11875155 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ろう付 / はんだ付け / ぬれ / 分子動力学 / 結合状態 / 速度 / MEAM / 表面構造

【研究成果の概要】

ぬれ現象に対し表面エネルギーの値は極めて重要であることが判明した.ぬれ領域の先端にはハロ領域があり,ぬれ現象の解明には真の表面エネルギーの値が必要となった.信頼できる表面エネルギーの値を実験的に求めるのが難しい.分担者が中心となり,分子(動)力学等に使用される原子間ポテンシャルの決定方法であるMEAM(Modified Embedded Atom Method)の表面問題への適応を検討した.具体的には,走査型トンネル電子顕微鏡や低速電子線回折などによって計測された固体表面原子の配列とMEAMによるポテンシャルから推定される配列を比較した.検討は,面心立方格子(FCC)構造,体心立方(BCC)構造,単純立方構造,およびダイアモンド構造を取る物質で,MEAMパラメーターが決められている全ての物質に対して行った.その結果,シリコン(111)表面における7×7構造をMEAMポテンシャルはかなり正確に表現することがわかった.また,FCC金属の(110)表面においては理想構造をとるものとMissing Row構造をとるものがあるが,MEAMポテンシャルは多くの系に対し,実験と同じ構造を予言することが判明した.量子化学計算でない方法が表面の原子間結合状に対しこれほど有効であると言うのは驚くべき結果と言える.但し,物質によっては実験値と相反する結果となるものもあり,MEAMの適用は慎重でなければならない一面も明らかになった.同時に,実験における境界条件が真に正しいとも限らない点も考慮する必要がある.しかし,おおむねMEAMは多原子系のポテンシャルとして期待できるという結論をえた.さらにそれを用い,表面エネルギーの値の表を多くの原子に対し作ることができた.

【研究種目】萌芽的研究

【研究期間】1999

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)

【研究分野】材料加工・処理

【研究領域課題番号】10875142 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ろう付 / はんだ付け / ぬれ / 分子動力学 / 結合状態 / 速度 / MEAM / 表面構造

【研究成果の概要】

分担者高橋が中心となり,分子(動)力学等に使用される原子間ポテンシャルの決定方法であるMEAM(Modified Embedded Atom Method)の表面問題への適応を検討した.具体的には,走査型トンネル電子顕微鏡や低速電子線回折などによって計測された固体表面原子の配列とMEAMによるポテンシャルから推定される配列を比較した.検討は,面心立方格子(FCC)構造,体心立方(BCC)構造,単純立方構造,およびダイアモンド構造を取る物質で,MEAMパラメーターが決められている全ての物質に対して行った.その結果,シリコン(111)表面における7×7構造をMEAMポテンシャルはかなり正確に表現することがわかった.また,FCC金属の(110)表面においては理想構造をとるものとMissing Row構造をとるものがあるが,MEAMポテンシャルは多くの系に対し,実験と同じ構造を予言することが判明した.量子化学計算でない方法が表面の原子間結合状に対しこれほど有効であると言うのは驚くべき結果と言える.但し,物質によっては実験値と相反する結果となるものもあり,MEAMの適用は慎重でなければならない一面も明らかになった.同時に,実験における境界条件が真に正しいとも限らない点も考慮する必要がある.しかし,おおむねMEAMは多原子系のポテンシャルとして期待できるという結論をえた.実験的な検討については,従来のシステムを改造することにより,より信頼できるシステムにする事ができたが,結果に関しては今後も検討を続ける予定である.

【研究種目】萌芽的研究

【研究期間】1998

【研究分野】材料加工・処理

【研究領域課題番号】09875174 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ろう付 / はんだ付け / ぬれ / 分子動力学 / 結合状態 / 速度

【研究成果の概要】

超高真空の表面分析装置内における固体間凝着力計測システムに組み込みむ事を意識して,固体間の界面抵抗を計測する方法について計測システムを試作し,実験的に検討した.接触させた2固体の抵抗は固体特有の抵抗およびその界面特有の抵抗からなる.金属半導体界面では界面抵抗が支配的となる.具体的には,バンドギャップや格子定数などの物性値が良く知られており,表面状態の整えるための操作手法の確立しているシリコンウエハ(Si)および,表面酸化等の影響の少ないと考えられる銀(Ag)および銅(Cu)を試料としそれらの理想接合界面の抵抗率を計測した.銀および銅は先端極率の異なる2種類の試料を準備した.試作したシステムを用い,代表者らによるフォースカーブ理論(Kunio TAKAHASHI,Ryoji MIZUNO and Tadao ONZAWA,J.of Adhesion Sci.and Technol.,9,1451-1464(1995) および Kunio TAKAHASHI and Tadao ONZAWA,J.of Adhesion Sci.and Technol.,10,17-31(1996))から接触径を推定することにより,先端曲率に依存しない界面抵抗測定ができることを示した.金と銀では仕事関数がほとんど同じであるため,シリコンウエハとの界面抵抗はほとんど変わらなかった.但し,実験は大気中で行ったため,界面に酸素等の原子が挟み込まれている可能性が高く,理想界面における計測は,今後の検討すべき課題である.しかし,このシステムを上記,超高真空の表面分析装置内に入れることにより,任意の材料に対し,吸着元素のないことをオージェスペクトルで確認した表面同士を接合して作った理想界面に対し,界面抵抗の理想的な値を測れる可能性の極めて高いことを示唆できた.

【研究種目】萌芽的研究

【研究期間】1997

【配分額】2,000千円 (直接経費: 2,000千円)

【研究分野】材料加工・処理

【研究領域課題番号】08875136 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ろう付 / はんだ付け / ぬれ / 分子動力学 / 結合状態 / 速度

【研究成果の概要】

ぬれ速度を物理の言葉で理解するためには,良く制御された条件で計測した実験事実に基づき,真の律速機構を理解しなければならない.本研究では,既に保有している超高真空対応の(低リ-ク量の)ぬれ試験装置に画像記録装置を取り付けた.物性定数の良くわかっている系に対し,真空度および表面処理状態を良く制御した条件で,ぬれの広がり速度を計測した.最終的に,ぬれ現象を理解し,速度論を構築を試みた.
現在,我々が保有している超高真空対応のぬれ試験装置に画像記録システムをとりつけた.ぬれ試験中には,多量の金属蒸気が発生することがわかっている.超高真空対応のビューポートは消耗品となった.超高真空対応の回転および直線導入機を用いることにより,ビューポートの消耗を減らす工夫をした.イオンスパッターシステムも装着し,試料表面のクリーニングおよびダメ-ジングをできるようにする予定であったが,すでに保有しているチャンバーのポートを計測用信号導入に使わなければならない予想外の事態により,出来なかった.
ぬれ速度に対するモデルを作り,計算を行い,統計力学的に検討した.実験結果を無矛盾に説明することができた.不明な物性値がいくつかあり,モデルから逆問題として推定したところ,物性理論で予想される範囲の中に入った.但し,その範囲は非常に広いので,今後,他の計測手法等で確認することが必要であることが示唆された.

【研究種目】萌芽的研究

【研究期間】1996

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)

【研究分野】材料加工・処理

【研究領域課題番号】08650836 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ろう付 / はんだ付け / ぬれ / 分子動力学 / 結合状態 / 速度

【研究成果の概要】

超高真空-原子間力顕微鏡(UHV-AFM,現有)を用いて,固-液ぬえ境界の表面原子配列に対しAFM計測を行った.代表的なぬれ形態を示す材料の組み合わせに対し計測を行い,原子間結合状態分析の観点からそれを分類する.さらに分子動力学的観点から,ぬれの駆動力の大きさを評価し,電子論的に表すことを試みた.
AFM計測では,チップと試料間の相互作用を十分に理解していかなければ,測定結果を意味あるモノにできないことがわかっている.まず,超高真空-原子間力顕微鏡(UHV-AFM,現有)のデータの解釈として,連続体力学の固体間接触理論を用いた.フォースカーブの解釈から,試料表面形状に関するナノスケールの情報が得られた.
試料としては,従来から知られている特徴的なぬれ形態を示す組み合わせを用いた.界面の化学結合状態に関しては,収束イオンビームで電子カスケードの少ない試料を作製し,走査型マイクロオージェ電子分光装置で情報を得た.電子論の観点から適応性(適応範囲)を吟味したインターアトミックポテンシャルを用い,分子動力学の手法でぬれの駆動力などミクロの物理量を推定した.以上の結果を踏まえ,ぬれの駆動力について,新たなモデルを提案した.また,実験的にそれらが物理的に意味のある物であることを示した.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1996

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)