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.

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;C₁-С₂– оптическая постоянная напряжения; f=λ/(С₁-С₂) — значение интерференции фотоупругого материала;hэто толщина модели.

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.

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

Рис. 3 Сравнение методов обнаружения напряжения

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте по адресу victorchan@powerwaywafer.com и powerwaymaterial@gmail.com.