Siliciumcarbid (SiC) wafermateriale leveret af PAM-XIAMEN, som SiC-substrat (link:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html) er meget udbredt i rumfart, radarkommunikation, bilindustrien og halvlederindustrien på grund af dets fremragende egenskaber såsom høj varmeledningsevne, høj styrke, høj temperaturbestandighed og strålingsmodstand. Men under fremstillingen, forarbejdningen og brugen af ​​SiC-enkeltkrystalmaterialer vil der blive genereret visse restspændinger på grund af eksistensen af ​​defekter såsom mikrorør, dislokationer, småvinklede grænser og indeslutninger. For SiC enkeltkrystalmaterialer er dannelsen af ​​restspænding overlejring af termisk spænding, spænding på grund af defekter og bearbejdningsspænding. Så restspænding bruges ofte som en vigtig indikator til at måle kvaliteten af ​​komponenter. Normalt vil uhensigtsmæssig restspænding beskadige integriteten af ​​SiC-enkeltkrystalmateriale, hvilket resulterer i unødvendig deformation og svigt af komponenter. Derfor er det nødvendigt at detektere den resterende spænding af siliciumcarbid-enkeltkrystalmaterialer. Vi anbefaler dig nogle metoder til at detektere restspænding af SiC-enkeltkrystal.

På nuværende tidspunkt omfatter målemetoderne for restspænding af enkeltkrystalmaterialer hovedsagelig fotoelastisk metode, røntgendiffraktionsmetode, mikro-Raman-spektroskopi, neutrondiffraktionsmetode og så videre. Blandt dem er fotoelastisk metode og røntgendiffraktionsmetode meget udbredt til spændingsdetektion af enkeltkrystalmaterialer. Mere specifikt som følger:

1. Fotoelastisk metode

Fotoelasticitet er en eksperimentel metode, der bruger optiske principper til at studere materialers spændingsfordeling. Brewster opdagede først fænomenet fotoelasticitet. Derefter kædede Max-well dobbeltbrydning sammen med stress og etablerede den optiske lov om stress, som accelererede udviklingen af ​​fotoelasticitet.

Den fotoelastiske metode til at detektere restspænding i enkeltkrystalmaterialer er baseret på dobbeltbrydningsegenskaberne for optiske krystalmaterialer, det vil sige, at der produceres to forskellige brydningsindekser, når en lysstråle passerer gennem et bestemt materiale. Spændingsdetektionsprincippet for denne metode er som følger: Som vist i figur 1, når en lysstråle passerer gennem et fotoelastisk materiale, vil den blive dekomponeret i to stråler med forskellige udbredelseshastigheder langs de to hovedspændinger σ 1 og σ 2 retninger på grund af eksistensen af ​​stress. Det planpolariserede lys af , hvilket således genererer en relativ optisk vejforskel, kan materialets hovedspænding bestemmes i henhold til den optiske spændingslov vist i formel (1), og derefter transmitteres lyset gennem analysatoren for at producere lysinterferens , og belastningen af ​​komponenten opnås. Det fotoelastiske randbillede af informationen, hvorfra spændingstilstanden og fordelingen i komponenten kan udledes:

I formlen:mer et positivt heltal relateret til den optiske randserie;λer lyskildens bølgelængde;C₁-C₂er den optiske spændingskonstant; f=λ/(C₁-C₂) er randværdien af ​​det fotoelastiske materiale;her modellens tykkelse.

Fig. 1 Principdiagram af fotoelastisk metode

Den fotoelastiske metode har fordelene ved realtid, ikke-kontakt, ikke-destruktiv og global og kan detektere spændingen fra komplekse todimensionelle og tredimensionelle rumlige strukturer. Derfor er denne metode blevet bredt undersøgt og anvendt i spændingsdetektion af enkeltkrystalmaterialer.

2. Røntgendiffraktion

Røntgendiffraktion er en ikke-destruktiv testmetode til test af resterende spænding på overfladen af ​​enkeltkrystalmaterialer. Røntgendiffraktionsmetoden er baseret på elastisk mekanikteori og røntgendiffraktionsteori for at realisere spændingsdetektion af materialer. Grundprincippet er, at når der er restspænding i komponenten, vil afstanden mellem krystalplanerne i kornet ændre sig regelmæssigt med spændingens størrelse. Materialets tøjningsværdi opnås ved at måle ændringen af ​​den interplanare afstand ved hjælp af røntgendiffraktion, og derefter beregnes elementets restspændingsværdi i henhold til Hookes lov og ved hjælp af et passende stivhedsforhold. På nuværende tidspunkt omfatter metoderne hovedsageligt Imura-metoden, Ortner-metoden og multipel lineær regressionsmetode.

3. Mikro Raman-spektroskopi

Mikro-Raman spektroskopi er en ny og lovende mikroskala eksperimentel mekanisk testteknologi. Brug af denne teknik til at detektere restspænding i enkeltkrystalmaterialer er baseret på princippet om Raman-spredning. Grundprincippet er, at når der er restspænding i materialet, vil Raman-frekvensforskydningen ændre sig med gitterdeformationen. Ved at detektere ændringer i Raman-spektrallinjer ved at bruge forholdet mellem spændingen og det relative Raman-frekvensskift vist i formel (2), kan spændingen af ​​enkeltkrystalmaterialet opnås

I formel (2): Ψ er spændings-/deformations-frekvensforskydningsfaktoren for materialet; Δω er frekvensforskydningsstigningen

Med fordelene ved ikke-kontakt, ikke-destruktiv, realtid, høj følsomhed og høj rumlig opløsning, er mikro-Raman-spektroskopi blevet meget brugt i mikroskala eksperimentel mekanik, især inden for mekanisk måling af halvledermaterialer.

4. Neutrondiffraktion

Neutrondiffraktionsmetoden er en detektions- og analysemetode, der direkte kan opnå den tredimensionelle spændingsfordeling inde i komponenten uden at beskadige komponenten. Det er baseret på Braggs lov at realisere bestemmelsen af ​​restspænding af enkeltkrystalmaterialer. Metodens grundprincip er som følger: afstanden mellem gitterne i enhedscellen måles af neutrondiffraktometeret, den elastiske tøjning løses ved ændringen af ​​afstanden, og derefter fås komponentens spændingsfordeling iflg. forholdet mellem belastningen og stressen. Neutrondiffraktionsmetoden har fordelene ved stor penetrationsdybde og høj rumlig opløsning.

Fig. 2 Skematisk diagram af restspændingsmåling ved neutrondiffraktionsmetode

Her er en sammenligning af forskellige metoder til registrering af restspænding til din reference som figur 3:

Fig. 3 Sammenligning af stressdetektionsmetoder

For mere information, kontakt os venligst e-mail på victorchan@powerwaywafer.com og powerwaymaterial@gmail.com.