Come rilevare lo stress residuo nei wafer SiC?

Come rilevare lo stress residuo nei wafer SiC?

Materiale in wafer di carburo di silicio (SiC) fornito da PAM-XIAMEN, come il substrato di SiC (link:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html) è ampiamente utilizzato nell'industria aerospaziale, nelle comunicazioni radar, nell'industria automobilistica e nell'industria dei semiconduttori grazie alle sue eccellenti proprietà come l'elevata conduttività termica, l'elevata resistenza, la resistenza alle alte temperature e la resistenza alle radiazioni. Tuttavia, durante la preparazione, la lavorazione e l'uso dei materiali monocristallini SiC, si genererà un certo stress residuo dovuto all'esistenza di difetti come microtubi, dislocazioni, bordi di piccoli angoli e inclusioni. Per i materiali monocristallini SiC, la formazione di sollecitazioni residue è la sovrapposizione di sollecitazioni termiche, sollecitazioni dovute a difetti e sollecitazioni di lavorazione. Pertanto, lo stress residuo viene spesso utilizzato come indicatore importante per misurare la qualità dei componenti. Solitamente uno stress residuo inappropriato danneggerà l'integrità del materiale a cristallo singolo SiC, provocando deformazioni e guasti non necessari dei componenti. Pertanto, è necessario rilevare lo stress residuo dei materiali monocristallini di carburo di silicio. Ti consigliamo alcuni metodi per rilevare lo stress residuo del cristallo singolo di SiC.

SiC Wafer

Attualmente, i metodi di misurazione dello stress residuo dei materiali monocristallini includono principalmente il metodo fotoelastico, il metodo di diffrazione dei raggi X, la spettroscopia micro-Raman, il metodo di diffrazione dei neutroni e così via. Tra questi, il metodo fotoelastico e il metodo di diffrazione dei raggi X sono ampiamente utilizzati nel rilevamento dello stress di materiali a cristallo singolo. Più precisamente come segue:

1. Metodo fotoelastico

La fotoelasticità è un metodo sperimentale che utilizza principi ottici per studiare la distribuzione delle sollecitazioni dei materiali. Brewster scoprì per primo il fenomeno della fotoelasticità. Quindi Max-well ha collegato la birifrangenza con lo stress e ha stabilito la legge ottica dello stress, che ha accelerato lo sviluppo della fotoelasticità.

Il metodo fotoelastico per rilevare lo stress residuo nei materiali monocristallini si basa sulle caratteristiche di birifrangenza dei materiali cristallini ottici, ovvero quando un raggio di luce attraversa un determinato materiale vengono prodotti due diversi indici di rifrazione. Il principio di rilevamento delle sollecitazioni di questo metodo è il seguente: Come mostrato in Figura 1, quando un raggio di luce attraversa un materiale fotoelastico, verrà scomposto in due fasci con velocità di propagazione differenti lungo le due direzioni principali delle sollecitazioni σ 1 e σ 2 a causa dell'esistenza di stress. La luce polarizzata piana di , generando così una differenza di percorso ottico relativa, la sollecitazione principale del materiale può essere determinata secondo la legge ottica della sollecitazione mostrata nella formula (1), quindi la luce viene trasmessa attraverso l'analizzatore per produrre interferenza luminosa , e si ottiene la sollecitazione del componente. L'immagine della frangia fotoelastica dell'informazione, da cui si possono dedurre lo stato di sollecitazione e la distribuzione nel componente:

Nella formula:mè un numero intero positivo relativo alla serie della frangia ottica;λè la lunghezza d'onda della sorgente luminosa;C1-C2è la costante ottica della sollecitazione; f=λ/(C1-C2) è il valore marginale del materiale fotoelastico;hè lo spessore del modello.

Fig.1 Schema di principio del metodo fotoelastico

Fig.1 Schema di principio del metodo fotoelastico

Il metodo fotoelastico presenta i vantaggi di tempo reale, senza contatto, non distruttivo e globale e può rilevare lo stress di complesse strutture spaziali bidimensionali e tridimensionali. Pertanto, questo metodo è stato ampiamente studiato e applicato nel rilevamento dello stress di materiali monocristallini.

2. Diffrazione dei raggi X

La diffrazione dei raggi X è un metodo di prova non distruttivo per testare lo stress residuo sulla superficie dei materiali monocristallini. Il metodo di diffrazione dei raggi X si basa sulla teoria della meccanica elastica e sulla teoria della diffrazione dei raggi X per realizzare il rilevamento dello stress dei materiali. Il principio di base è che quando c'è una sollecitazione residua nel componente, la spaziatura tra i piani cristallini nella grana cambierà regolarmente con l'entità della sollecitazione. Il valore di deformazione del materiale si ottiene misurando la variazione della spaziatura interplanare mediante diffrazione dei raggi X, quindi il valore di sollecitazione residua dell'asta viene calcolato secondo la legge di Hooke e utilizzando un'opportuna relazione di rigidezza. Attualmente, i metodi includono principalmente il metodo di Imura, il metodo di Ortner e il metodo di regressione lineare multipla.

3. Spettroscopia Micro Raman

La spettroscopia Micro-Raman è una tecnologia di test meccanici sperimentali su microscala emergente e promettente. L'utilizzo di questa tecnica per rilevare lo stress residuo nei materiali monocristallini si basa sul principio dello scattering Raman. Il principio di base è che quando c'è una tensione residua nel materiale, lo spostamento della frequenza Raman cambierà con la deformazione del reticolo. Rilevando i cambiamenti nelle righe spettrali Raman, utilizzando la relazione tra lo stress e lo spostamento relativo della frequenza Raman mostrato nella formula (2), è possibile ottenere lo stress del materiale del singolo cristallo

Nella formula (2): Ψ è il fattore di spostamento sollecitazione/deformazione-frequenza del materiale; Δω è l'incremento di spostamento della frequenza

Con i vantaggi dell'elevata sensibilità e dell'elevata risoluzione spaziale senza contatto, non distruttiva, in tempo reale, la spettroscopia micro-Raman è stata ampiamente utilizzata nella meccanica sperimentale su microscala, in particolare nel campo della misurazione meccanica di materiali semiconduttori.

4. Diffrazione di neutroni

Il metodo di diffrazione di neutroni è un metodo di rilevamento e analisi in grado di ottenere direttamente la distribuzione tridimensionale delle sollecitazioni all'interno del componente senza danneggiarlo. Si basa sulla legge di Bragg per realizzare la determinazione dello stress residuo di materiali monocristallini. Il principio di base del metodo è il seguente: la distanza tra i reticoli nella cella unitaria viene misurata dal diffrattometro a neutroni, la deformazione elastica viene risolta modificando la distanza, quindi si ottiene la distribuzione delle sollecitazioni del componente secondo il rapporto tra lo sforzo e lo stress. Il metodo di diffrazione dei neutroni presenta i vantaggi di un'ampia profondità di penetrazione e di un'elevata risoluzione spaziale.

Fig. 2 Diagramma schematico della misurazione dello stress residuo mediante il metodo di diffrazione di neutroni

Fig. 2 Diagramma schematico della misurazione dello stress residuo mediante il metodo di diffrazione di neutroni

Di seguito è riportato un confronto di diversi metodi di rilevamento dello stress residuo come riferimento come figura 3:

Fig. 3 Confronto dei metodi di rilevamento dello stress

Fig. 3 Confronto dei metodi di rilevamento dello stress

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