アルミニウム層を仲立ちとしたガラス同士の陽極接合界面組織の形成と継手強さ

摘要

陽極接合はセンサやMEMSデバイスの組立においてガラスをシリコンなどの導体と接合するために用いられる接合手法である。陽極接合の応用をさらに広げるためには得られる材料や接合条件が継手の強さに与える影響を明確にすることが求められるが、陽極接合は脆性的な材料であるガラスと大きく性質の異なる材料との異材接合であり、また主たる用途が板材同士の重ね接合であり得られる試験片の形状に制限があることから通常の試験方法による評価がむつかしい。そこで継手界面の強さの評価に対する残留応力や応力集中の影響を軽減するため、集束イオンビーム(FIB）加工を用いてアルミニウム薄膜を仲立ちとしたソーダライムガラス同士の陽極接合界面をまたぐように作成した微小サイズの片持ち梁の曲げ試験によって界面の強さを評価したところ、求められた片持ち梁の曲げ強さは約314GPaという著しく大きな値となり、また実験条件の範囲（仲立ちのアルミニウム層の厚さ：25nm、50nm、接合電圧印加時間（t_b）：30s、100s、300s、接合温度（T_b）と接合電庄（V_b）はそれぞれ573Kと500Vで一定）ではそれらの条件と曲げ強さの間に明確な関係は認められなかった。陽極接合において電圧印加時間血を短くできれば、接合界面近傍のガラス中に生じる陽イオン欠乏層の成長と陰極側での陽イオン元素の析出を少なくすることができる。そこで、健全な継手が得られる条件範囲を明らかにするためさらに短時間の電圧印加による陽極接合を試み、得られた接合界面の状態を観察した。