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教育・研究設備

各種顕微鏡

レーザー顕微鏡(KEYENCE VF7500)
レーザー顕微鏡 LSI用銅配線の引っ掻き痕

LSI用銅配線の引っ掻き痕光源にレーザー光を用いたことにより、大きな凹凸のある表面でも鮮明にピントがあった状態で見る事ができます。 また光学顕微鏡では得ることが難しい三次元画像も得られます。電子デバイス関連やいろいろな試料の表面の組織観察で使用しています。 右の画像はLSI用銅配線の引っ掻き痕(1μm)です。1μmは髪の毛を縦に80等分した大きさです。 ちなみにLSIを構成しているトランジスタ1個ぶんの大きさは髪の毛の太さの1/1000だそうです(2002年インテルプレスリリースより)。

原子間力顕微鏡
原子間力顕微鏡 原子間力顕微鏡写真

原子間力顕微鏡(AFM)はトンネル顕微鏡と同じ走査型プローブ顕微鏡(SPM)の仲間です。 トンネル顕微鏡は探針と試料を非常に近付けたときに流れるトンネル電流を制御して試料表面の形状を測定しますが、原子間力顕微鏡は探針と試料に働く力を測定します。 すなわち、窒化硅素(SiN)の探針で試料表面を走査すると、探針に当てているレーザー光線の反射の角度が変わるので表面の立体画像が見られます。 マルテンサイト変態や析出に伴う表面起伏の測定などに使用しています。 右の図はチタン合金の表面を観察したものです。

光学顕微鏡
光学顕微鏡 TiAl基金属間化合物のラメラ組織

マテリアル実験で鉄鋼材料の組織を観察するのに使用します。
右の図はTiAl基金属間化合物のラメラ組織を光学顕微鏡で観察したものです。外から単一に見える材料も内部はこのような模様(組織)が観察されます。

熱物性顕微鏡
熱物性顕微鏡 熱浸透率分布

熱物性顕微鏡とは、2種類のレーザーを集光し、非接触で材料のミクロの範囲の熱の伝わりやすさを観察する世界初の装置です。 多種類の物質からなる機能性微細構造材料(半導体、耐熱・耐食性被覆材など)は、熱の伝わりやすさによって性能が大きく変化します。 熱物性顕微鏡を用いれば、熱移動の変化の起こる場所の発見、観察、原因の解析を行うことができます。
右側の図は鉄に耐熱コーティングした材料の熱浸透率(熱のしみ込み易さ)分布です。 熱が矢印の方向から入ってくる時、耐熱コーティングで熱の進入を防ぐとともに中間層で徐々に熱浸透率を変化させ超高温での耐熱コーティングの破壊を防ぎます。

走査型電子顕微鏡
走査型電子顕微鏡

走査型電子顕微鏡は材料の表面などの観察には必要不可欠な基本的な電子顕微鏡です。 電子線を対象に当てた時に放出される二次電子像を検出し、像として得ます。被写界深度が深いので、微小な凹凸の観察に役立ちます。

加工、作製装置

放電加工機
放電加工機 放電加工機切断部拡大図

放電加工機は金属材料を自分の希望する形に切れる装置です。 硬い金属材料が切れる理由は装置の切断部であるワイヤーに高電圧をかける事によって発生した熱で切断が出来ます。右の写真は実際に切断している場所の拡大図です。

ナノ結晶作製装置
ナノ結晶作製装置
超高真空多層膜スパッタ装置
超高真空多層膜スパッタ装置

LSIおよびハードデイスクドライブ等の電子・情報デバイスはナノメートルオーダーの多層の薄膜からなる複合材料です。 多層薄膜界面の構造・性質を解析し、これらと性能との関係を調べるためには、汚染のほとんど無い超高真空中で多層膜を形成する必要があります。 本スパッタ装置は、到達真空度10-10Torr級の超高真空スパッタ装置で、ナノメートルオーダー厚さの薄膜を3層まで形成することができるため、LSIの配線材料、磁気記録薄膜等の研究に適しております。

無冷媒超伝導マグネット
無冷媒超伝導マグネット

無冷媒超伝導マグネットとは絶対温度で 4K 以下に冷却して強磁場を発生する装置です。 真ん中の空洞(ボア)に炉をいれて、熱処理をし、結晶方位や組織形態を揃えたり、また特定の析出物を優先的に生成させます。磁場は最高12テスラまで発生できます。 極低温を得るのに非常に手間がかりましたが、最近はこの装置のように液体ヘリウムを供給しなくても、強磁場が得られるようになり、磁場利用の研究が進んでいます。

超音波ワイヤボンディング装置
超音波ワイヤボンディング装置

ワイヤボンディングは超音波と荷重をツール(ウェッジ)によりワイヤに印加して接合する技術です。 IGBTモジュールは基板上に多くの半導体チップが並列に実装されており、基板上の半導体チップの電極と導体端子は、超音波ボンディングによって太線Alワイヤで接続されています。

分析、測定装置

高温圧縮試験機
高温圧縮試験機 高温圧縮試験機拡大図

試料表面に熱電対を溶着して、直接通電による試料の加熱を行い、高温での圧縮試験を可能とした装置です。主に高温での圧延のシミュレーションを目的として使用しています。
右の図は試験片部分の拡大図です。

X線回折装置
X線回折装置

X線は医療用ではレントゲン、空港での荷物検査など我々の身近に使われています。 このような場合は透過X線を使いますが、X線のもう一つの特性の回折現象を利用することで、非破壊的に結晶構造と結晶状態などの原子の並び方に関係のある情報を得ることができます。 この情報を元に応力や結晶粒の大きさの測定、含有元素の同定などが可能となります。

その他

情報処理センター 演習室
情報処理センター 演習室 C言語によるプログラミング実習

マテリアル実験の一部、マテリアルシミュレーション演習ではコンピュータを用いてプログラミングの実習を行います。
右の図はC言語によるプログラミング実習中のコンピュータの画面です。

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