Siliziumkarbid (SiC)-Wafermaterial, das von PAM-XIAMEN geliefert wird, wie SiC-Substrat (Link:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html) ist aufgrund seiner hervorragenden Eigenschaften wie hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit und Strahlungsbeständigkeit in der Luft- und Raumfahrt, Radarkommunikation, Automobilindustrie und Halbleiterindustrie weit verbreitet. Während der Herstellung, Verarbeitung und Verwendung von SiC-Einkristallmaterialien werden jedoch bestimmte Restspannungen aufgrund des Vorhandenseins von Defekten, wie beispielsweise Mikroröhren, Versetzungen, Kleinwinkelgrenzen und Einschlüssen, erzeugt. Bei SiC-Einkristallmaterialien ist die Bildung von Eigenspannungen die Überlagerung von thermischer Spannung, Spannung aufgrund von Defekten und Bearbeitungsspannung. Daher wird die Eigenspannung oft als wichtiger Indikator zur Messung der Qualität von Bauteilen herangezogen. Normalerweise wird eine unangemessene Restspannung die Integrität von SiC-Einkristallmaterial beschädigen, was zu einer unnötigen Verformung und einem Ausfall von Komponenten führt. Daher ist es notwendig, die Restspannung von Siliziumkarbid-Einkristallmaterialien zu erfassen. Wir empfehlen Ihnen einige Methoden zur Erkennung der Restspannung von SiC-Einkristallen.
Gegenwärtig umfassen die Messverfahren der Restspannung von Einkristallmaterialien hauptsächlich photoelastische Verfahren, Röntgenbeugungsverfahren, Mikro-Raman-Spektroskopie, Neutronenbeugungsverfahren und so weiter. Unter ihnen werden das photoelastische Verfahren und das Röntgenbeugungsverfahren weitverbreitet bei der Spannungserfassung von Einkristallmaterialien verwendet. Genauer gesagt wie folgt:
1. Photoelastische Methode
Photoelastizität ist eine experimentelle Methode, die optische Prinzipien nutzt, um die Spannungsverteilung von Materialien zu untersuchen. Brewster entdeckte als Erster das Phänomen der Photoelastizität. Dann verband Max-Well Doppelbrechung mit Spannung und stellte das optische Gesetz der Spannung auf, das die Entwicklung der Photoelastizität beschleunigte.
Das photoelastische Verfahren zum Erfassen von Restspannungen in Einkristallmaterialien basiert auf den Doppelbrechungseigenschaften optischer Kristallmaterialien, dh zwei unterschiedliche Brechungsindizes werden erzeugt, wenn ein Lichtstrahl durch ein bestimmtes Material hindurchgeht. Das Spannungserkennungsprinzip dieses Verfahrens ist wie folgt: Wie in Abbildung 1 gezeigt, wird ein Lichtstrahl, wenn er durch ein photoelastisches Material geht, in zwei Strahlen mit unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten entlang der beiden Hauptspannungsrichtungen σ 1 und σ 2 zerlegt aufgrund des Vorhandenseins von Stress. Das linear polarisierte Licht von erzeugt somit eine relative optische Wegdifferenz, die Hauptspannung des Materials kann gemäß dem in Formel (1) gezeigten optischen Spannungsgesetz bestimmt werden, und dann wird das Licht durch den Analysator geleitet, um Lichtinterferenz zu erzeugen , und die Spannung des Bauteils wird erhalten. Das photoelastische Streifenbild der Information, aus der sich Spannungszustand und -verteilung im Bauteil ableiten lassen:
In der Formel:meine positive ganze Zahl ist, die sich auf die optische Streifenreihe bezieht;λdie Wellenlänge der Lichtquelle ist;C1-C2die optische Spannungskonstante ist; f=λ/(C1-C2) der Randwert des photoelastischen Materials ist;hist die Modelldicke.
Abb.1 Prinzipschema der photoelastischen Methode
Das photoelastische Verfahren hat die Vorteile von Echtzeit, berührungslos, zerstörungsfrei und global und kann die Spannung komplexer zweidimensionaler und dreidimensionaler räumlicher Strukturen erkennen. Daher wurde dieses Verfahren umfassend untersucht und bei der Spannungserfassung von Einkristallmaterialien angewendet.
2. Röntgenbeugung
Röntgenbeugung ist ein zerstörungsfreies Prüfverfahren zum Prüfen von Eigenspannungen auf der Oberfläche von Einkristallmaterialien. Das Röntgenbeugungsverfahren basiert auf der Theorie der elastischen Mechanik und der Röntgenbeugungstheorie, um die Spannungserkennung von Materialien zu realisieren. Das Grundprinzip ist, dass sich bei Eigenspannungen im Bauteil der Abstand der Kristallebenen im Korn regelmäßig mit der Größe der Spannung ändert. Der Dehnungswert des Materials wird erhalten, indem die Änderung des Netzebenenabstands durch Röntgenbeugung gemessen wird, und dann wird der Restspannungswert des Elements gemäß dem Hookeschen Gesetz und unter Verwendung einer geeigneten Steifigkeitsbeziehung berechnet. Derzeit umfassen die Methoden hauptsächlich die Imura-Methode, die Ortner-Methode und die Methode der multiplen linearen Regression.
3. Mikro-Raman-Spektroskopie
Die Mikro-Raman-Spektroskopie ist eine aufstrebende und vielversprechende experimentelle mechanische Testtechnologie im Mikromaßstab. Die Verwendung dieser Technik zum Nachweis von Eigenspannungen in Einkristallmaterialien basiert auf dem Prinzip der Raman-Streuung. Das Grundprinzip ist, dass sich bei Eigenspannungen im Material die Raman-Frequenzverschiebung mit der Gitterverformung ändert. Durch Erfassen von Änderungen in Raman-Spektrallinien unter Verwendung der Beziehung zwischen der Spannung und der relativen Raman-Frequenzverschiebung, die in Formel (2) gezeigt ist, kann die Spannung des Einkristallmaterials erhalten werden
In Formel (2): Ψ ist der Spannungs-Dehnungs-Frequenzverschiebungsfaktor des Materials; Δω ist das Frequenzverschiebungsinkrement
Mit den Vorteilen von berührungsloser, zerstörungsfreier Echtzeit, hoher Empfindlichkeit und hoher räumlicher Auflösung wurde die Mikro-Raman-Spektroskopie in der experimentellen Mechanik im Mikromaßstab weit verbreitet, insbesondere auf dem Gebiet der mechanischen Messung von Halbleitermaterialien.
4. Neutronenbeugung
Das Neutronenbeugungsverfahren ist ein Detektions- und Analyseverfahren, das ohne Beschädigung des Bauteils direkt die dreidimensionale Spannungsverteilung innerhalb des Bauteils erhalten kann. Es basiert auf dem Gesetz von Bragg, um die Bestimmung der Restspannung von Einkristallmaterialien zu realisieren. Das Grundprinzip des Verfahrens ist wie folgt: Der Abstand zwischen den Gittern in der Elementarzelle wird mit dem Neutronendiffraktometer gemessen, die elastische Dehnung wird durch die Änderung des Abstands gelöst und dann wird die Spannungsverteilung des Bauteils gemäß erhalten das Verhältnis zwischen Belastung und Belastung. Das Neutronenbeugungsverfahren hat die Vorteile einer großen Eindringtiefe und einer hohen räumlichen Auflösung.
Abb. 2 Schematische Darstellung der Eigenspannungsmessung durch Neutronenbeugungsmethode
Hier ist ein Vergleich verschiedener Eigenspannungs-Erkennungsmethoden für Ihre Referenz als Abbildung 3:
Abb. 3 Vergleich von Stresserkennungsmethoden
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