Hur upptäcker man kvarstående stress i SiC-wafers?

Hur upptäcker man kvarstående stress i SiC-wafers?

Kiselkarbid (SiC) wafermaterial levererat av PAM-XIAMEN, som SiC-substrat (länk:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html) används ofta inom flyg-, radarkommunikation, bilindustri och halvledarindustrin på grund av dess utmärkta egenskaper som hög värmeledningsförmåga, hög hållfasthet, hög temperaturbeständighet och strålningsbeständighet. Under beredning, bearbetning och användning av SiC-enkristallmaterial kommer dock viss restspänning att genereras på grund av förekomsten av defekter såsom mikrorör, dislokationer, gränser med små vinklar och inneslutningar. För SiC-enkristallmaterial är bildningen av kvarvarande spänning överlagring av termisk spänning, spänning på grund av defekter och bearbetningsspänning. Så, kvarvarande stress används ofta som en viktig indikator för att mäta kvaliteten på komponenter. Vanligtvis kommer olämplig kvarvarande spänning att skada integriteten hos SiC enkristallmaterial, vilket resulterar i onödig deformation och fel på komponenter. Därför är det nödvändigt att detektera restspänningen hos enkristallmaterial av kiselkarbid. Vi rekommenderar dig några metoder för att detektera kvarvarande spänning av SiC enkristall.

SiC Wafer

För närvarande inkluderar mätmetoderna för restspänning av enkristallmaterial huvudsakligen fotoelastisk metod, röntgendiffraktionsmetod, mikro-Raman-spektroskopi, neutrondiffraktionsmetod och så vidare. Bland dem används fotoelastisk metod och röntgendiffraktionsmetod i stor utsträckning vid spänningsdetektering av enkristallmaterial. Mer specifikt enligt följande:

1. Fotoelastisk metod

Fotoelasticitet är en experimentell metod som använder optiska principer för att studera spänningsfördelningen av material. Brewster upptäckte först fenomenet fotoelasticitet. Sedan kopplade Max-well dubbelbrytning med stress och etablerade den optiska spänningslagen, vilket påskyndade utvecklingen av fotoelasticitet.

Den fotoelastiska metoden för att detektera kvarvarande spänning i enkristallmaterial är baserad på dubbelbrytningsegenskaperna hos optiska kristallmaterial, det vill säga två olika brytningsindex produceras när en ljusstråle passerar genom ett visst material. Spänningsdetekteringsprincipen för denna metod är som följer: Såsom visas i figur 1, när en ljusstråle passerar genom ett fotoelastiskt material, kommer den att sönderdelas i två strålar med olika utbredningshastigheter längs de två huvudspänningarna σ 1 och σ 2 riktningarna på grund av förekomsten av stress. Det planpolariserade ljuset av , vilket genererar en relativ optisk vägskillnad, kan materialets huvudsakliga spänning bestämmas enligt den optiska spänningslagen som visas i formel (1), och sedan sänds ljuset genom analysatorn för att producera ljusinterferens och spänningen hos komponenten erhålls. Den fotoelastiska fransbilden av informationen, från vilken spänningstillståndet och fördelningen i komponenten kan härledas:

I formeln:mär ett positivt heltal relaterat till den optiska fransserien;λär ljuskällans våglängd;C1-C2är den optiska spänningskonstanten; f=λ/(C1-C2) är randvärdet för det fotoelastiska materialet;här modellens tjocklek.

Fig.1 Principschema för fotoelastisk metod

Fig.1 Principschema för fotoelastisk metod

Den fotoelastiska metoden har fördelarna med realtid, icke-kontakt, icke-förstörande och global, och kan detektera spänningen hos komplexa tvådimensionella och tredimensionella rumsliga strukturer. Därför har denna metod studerats brett och tillämpats vid spänningsdetektering av enkristallmaterial.

2. Röntgendiffraktion

Röntgendiffraktion är en oförstörande testmetod för att testa kvarvarande spänning på ytan av enkristallmaterial. Röntgendiffraktionsmetoden är baserad på elastisk mekanikteori och röntgendiffraktionsteori för att realisera spänningsdetektering av material. Grundprincipen är att när det finns kvarvarande spänning i komponenten kommer avståndet mellan kristallplanen i kornen att ändras regelbundet med spänningens storlek. Materialets töjningsvärde erhålls genom att mäta förändringen av det interplanära avståndet genom röntgendiffraktion, och sedan beräknas elementets restspänningsvärde enligt Hookes lag och med hjälp av ett lämpligt styvhetsförhållande. För närvarande omfattar metoderna främst Imura-metoden, Ortner-metoden och multipel linjär regressionsmetod.

3. Mikro Raman-spektroskopi

Mikro-Raman-spektroskopi är en framväxande och lovande mikroskalig experimentell mekanisk testteknik. Att använda denna teknik för att upptäcka kvarvarande spänning i enkristallmaterial bygger på principen om Raman-spridning. Grundprincipen är att när det finns kvarstående spänningar i materialet kommer Raman-frekvensförskjutningen att förändras med gitterdeformationen. Genom att detektera förändringar i Raman-spektrallinjer, med hjälp av förhållandet mellan spänningen och den relativa Raman-frekvensförskjutningen som visas i formel (2), kan spänningen hos enkristallmaterialet erhållas

I formel (2): Ψ är spännings-/töjningsfrekvensförskjutningsfaktorn för materialet; Δω är frekvensskiftstegringen

Med fördelarna med icke-kontakt, icke-förstörande, realtid, hög känslighet och hög rumslig upplösning, har mikro-Raman-spektroskopi använts i stor utsträckning inom mikroskalig experimentell mekanik, särskilt inom området för mekanisk mätning av halvledarmaterial.

4. Neutrondiffraktion

Neutrondiffraktionsmetoden är en detekterings- och analysmetod som direkt kan erhålla den tredimensionella spänningsfördelningen inuti komponenten utan att skada komponenten. Det är baserat på Braggs lag för att realisera bestämningen av restspänningen hos enkristallmaterial. Grundprincipen för metoden är följande: avståndet mellan gittren i enhetscellen mäts av neutrondiffraktometern, den elastiska töjningen löses genom förändringen av avståndet, och sedan erhålls spänningsfördelningen av komponenten enl. sambandet mellan påfrestningen och stressen. Neutrondiffraktionsmetoden har fördelarna med stort penetrationsdjup och hög rumslig upplösning.

Fig. 2 Schematiskt diagram över restspänningsmätning med neutrondiffraktionsmetod

Fig. 2 Schematiskt diagram över restspänningsmätning med neutrondiffraktionsmetod

Här är en jämförelse av olika metoder för detektering av restspänningar för din referens som figur 3:

Fig. 3 Jämförelse av stressdetekteringsmetoder

Fig. 3 Jämförelse av stressdetekteringsmetoder

powerwaywafer

För mer information, kontakta oss via e-post på victorchan@powerwaywafer.com och powerwaymaterial@gmail.com.

Dela det här inlägget