Как обнаружить остаточное напряжение в пластинах SiC?

Как обнаружить остаточное напряжение в пластинах SiC?

Пластинчатый материал из карбида кремния (SiC), поставляемый PAM-XIAMEN, как и подложка SiC (ссылка:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html) широко используется в аэрокосмической, радиолокационной, автомобильной и полупроводниковой промышленности благодаря своим превосходным свойствам, таким как высокая теплопроводность, высокая прочность, термостойкость и радиационная стойкость. Однако при получении, обработке и использовании монокристаллических материалов SiC будут возникать определенные остаточные напряжения из-за наличия таких дефектов, как микротрубки, дислокации, малоугловые границы и включения. Для монокристаллических материалов SiC образование остаточного напряжения представляет собой суперпозицию термического напряжения, напряжения из-за дефектов и напряжения обработки. Таким образом, остаточное напряжение часто используется в качестве важного показателя для измерения качества компонентов. Обычно несоответствующее остаточное напряжение повреждает целостность монокристаллического материала SiC, что приводит к ненужной деформации и выходу компонентов из строя. Поэтому необходимо определять остаточное напряжение монокристаллических материалов карбида кремния. Мы рекомендуем вам несколько методов определения остаточных напряжений монокристалла SiC.

SiC вафельные

В настоящее время методы измерения остаточных напряжений монокристаллических материалов в основном включают фотоупругий метод, метод рентгеновской дифракции, микрорамановскую спектроскопию, метод нейтронной дифракции и так далее. Среди них фотоупругий метод и метод дифракции рентгеновских лучей широко используются для обнаружения напряжений в монокристаллических материалах. Более конкретно следующим образом:

1. Метод фотоупругости

Фотоупругость — это экспериментальный метод, использующий оптические принципы для изучения распределения напряжений в материалах. Брюстер первым открыл явление фотоупругости. Затем Максвелл связал двулучепреломление с напряжением и установил оптический закон напряжения, ускоривший развитие фотоупругости.

Фотоупругий метод обнаружения остаточного напряжения в монокристаллических материалах основан на характеристиках двойного лучепреломления оптических кристаллических материалов, то есть при прохождении луча света через определенный материал возникают два различных показателя преломления. Принцип обнаружения напряжений в этом методе следующий: как показано на рисунке 1, когда луч света проходит через фотоупругий материал, он разделяется на два луча с разными скоростями распространения вдоль двух направлений главных напряжений σ 1 и σ 2 в связи с наличием стресса. Плоскополяризованный свет , таким образом, создавая относительную разность оптических путей, главное напряжение материала может быть определено в соответствии с оптическим законом напряжения, показанным в формуле (1), а затем свет проходит через анализатор для создания световой интерференции , и напряжение компонента получается. Фотоупругое интерференционное изображение информации, из которого можно сделать вывод о напряженном состоянии и распределении в компоненте:

В формуле:m– положительное целое число, относящееся к серии оптических полос;λдлина волны источника света;C12– оптическая постоянная напряжения; f=λ/(С12) — значение интерференции фотоупругого материала;hэто толщина модели.

Рис.1 Принципиальная схема метода фотоупругости

Рис.1 Принципиальная схема метода фотоупругости

Фотоупругий метод имеет преимущества в реальном времени, бесконтактный, неразрушающий и глобальный, и может обнаруживать напряжение сложных двумерных и трехмерных пространственных структур. Поэтому этот метод широко изучался и применялся для обнаружения напряжений в монокристаллических материалах.

2. Рентгеновская дифракция

Рентгеновская дифракция — это метод неразрушающего контроля для проверки остаточных напряжений на поверхности монокристаллических материалов. Метод дифракции рентгеновских лучей основан на теории упругой механики и теории дифракции рентгеновских лучей для обнаружения напряжений в материалах. Основной принцип заключается в том, что при наличии остаточного напряжения в компоненте расстояние между плоскостями кристалла в зерне будет регулярно изменяться в зависимости от величины напряжения. Значение деформации материала получают путем измерения изменения межплоскостного расстояния с помощью рентгеновской дифракции, а затем значение остаточного напряжения элемента рассчитывают в соответствии с законом Гука и с использованием соответствующего соотношения жесткости. В настоящее время методы в основном включают метод Имуры, метод Ортнера и метод множественной линейной регрессии.

3. Микро-рамановская спектроскопия

Микро-рамановская спектроскопия является новой и многообещающей микромасштабной экспериментальной технологией механических испытаний. Использование этого метода для обнаружения остаточного напряжения в монокристаллических материалах основано на принципе комбинационного рассеяния. Основной принцип заключается в том, что при наличии в материале остаточного напряжения сдвиг частоты комбинационного рассеяния будет изменяться вместе с деформацией решетки. Обнаружив изменения в спектральных линиях Рамана, используя соотношение между напряжением и относительным сдвигом частоты Рамана, показанным в формуле (2), можно получить напряжение монокристаллического материала.

В формуле (2): Ψ – коэффициент сдвига частоты напряжения/деформации материала; Δω – приращение сдвига частоты

Обладая преимуществами бесконтактности, неразрушающего контроля, работы в режиме реального времени, высокой чувствительности и высокого пространственного разрешения, микро-рамановская спектроскопия широко используется в микромасштабной экспериментальной механике, особенно в области механических измерений полупроводниковых материалов.

4. Нейтронная дифракция

Метод нейтронной дифракции — это метод обнаружения и анализа, позволяющий напрямую получить трехмерное распределение напряжений внутри компонента без повреждения компонента. Он основан на законе Брэгга для определения остаточного напряжения монокристаллических материалов. Основной принцип метода заключается в следующем: расстояние между решетками в элементарной ячейке измеряется с помощью нейтронного дифрактометра, по изменению расстояния решается упругая деформация, а затем получается распределение напряжений компонента по формуле взаимосвязь напряжения и напряжения. Метод нейтронной дифракции имеет преимущества большой глубины проникновения и высокого пространственного разрешения.

Рис. 2. Принципиальная схема измерения остаточного напряжения методом нейтронной дифракции.

Рис. 2. Принципиальная схема измерения остаточного напряжения методом нейтронной дифракции.

Вот сравнение различных методов обнаружения остаточного напряжения для справки, как на рисунке 3:

Рис. 3 Сравнение методов обнаружения напряжения

Рис. 3 Сравнение методов обнаружения напряжения

powerwaywafer

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте по адресу [email protected] и [email protected].

Поделиться этой записью