Vật liệu wafer silic cacbua (SiC) do PAM-XIAMEN cung cấp, giống như chất nền SiC (liên kết:https://www.powerwaywafer.com/sic-wafer/sic-wafer-substrate.html) được sử dụng rộng rãi trong hàng không vũ trụ, truyền thông radar, công nghiệp ô tô và công nghiệp bán dẫn do các đặc tính tuyệt vời của nó như độ dẫn nhiệt cao, độ bền cao, khả năng chịu nhiệt độ cao và khả năng chống bức xạ. Tuy nhiên, trong quá trình chuẩn bị, xử lý và sử dụng vật liệu đơn tinh thể SiC, ứng suất dư nhất định sẽ được tạo ra do sự tồn tại của các khuyết tật như vi ống, sai lệch, ranh giới góc nhỏ và tạp chất. Đối với vật liệu đơn tinh thể SiC, sự hình thành ứng suất dư là sự chồng chất của ứng suất nhiệt, ứng suất do khuyết tật và ứng suất gia công. Vì vậy, ứng suất dư thường được sử dụng như một chỉ tiêu quan trọng để đo chất lượng của các cấu kiện. Thông thường ứng suất dư không phù hợp sẽ làm hỏng tính toàn vẹn của vật liệu đơn tinh thể SiC, dẫn đến biến dạng và hỏng hóc không cần thiết của các thành phần. Do đó, cần phát hiện ứng suất dư của vật liệu đơn tinh thể silic cacbua. Chúng tôi giới thiệu cho bạn một số phương pháp phát hiện ứng suất dư của đơn tinh thể SiC.
Hiện nay, các phương pháp đo ứng suất dư của vật liệu đơn tinh thể chủ yếu bao gồm phương pháp quang đàn hồi, phương pháp nhiễu xạ tia X, phổ Raman vi mô, phương pháp nhiễu xạ nơtron, v.v. Trong số đó, phương pháp quang đàn hồi và phương pháp nhiễu xạ tia X được sử dụng rộng rãi trong phát hiện ứng suất của vật liệu đơn tinh thể. Cụ thể hơn như sau:
1. Phương pháp quang đàn hồi
Quang đàn hồi là một phương pháp thực nghiệm sử dụng các nguyên lý quang học để nghiên cứu sự phân bố ứng suất của vật liệu. Brewster lần đầu tiên phát hiện ra hiện tượng quang đàn hồi. Sau đó, lưỡng chiết được liên kết tối đa với ứng suất và thiết lập định luật quang học về ứng suất, điều này đã thúc đẩy sự phát triển của quang đàn hồi.
Phương pháp quang đàn hồi để phát hiện ứng suất dư trong vật liệu đơn tinh thể dựa trên đặc tính lưỡng chiết của vật liệu tinh thể quang học, tức là hai chiết suất khác nhau được tạo ra khi một chùm ánh sáng đi qua một vật liệu nhất định. Nguyên tắc phát hiện ứng suất của phương pháp này như sau: Như trong Hình 1, khi một chùm ánh sáng đi qua vật liệu quang đàn hồi, nó sẽ bị phân hủy thành hai chùm có vận tốc truyền khác nhau dọc theo hai ứng suất chính σ 1 và σ 2 phương. do sự tồn tại của ứng suất. Do đó, ánh sáng phân cực phẳng tạo ra sự khác biệt về đường quang học tương đối, ứng suất chính của vật liệu có thể được xác định theo định luật quang học về ứng suất được chỉ ra trong công thức (1), và sau đó ánh sáng được truyền qua máy phân tích để tạo ra giao thoa ánh sáng , và ứng suất của thành phần thu được. Hình ảnh rìa quang đàn hồi của thông tin, từ đó có thể suy ra trạng thái ứng suất và sự phân bố trong thành phần:
Trong công thức:mlà một số nguyên dương liên quan đến chuỗi rìa quang học;λlà bước sóng của nguồn sáng;C1-C2là hằng số quang học ứng suất; f = λ / (C1-C2) là giá trị rìa của vật liệu quang dẻo;hlà độ dày của mô hình.
Hình 1 Sơ đồ nguyên lý của phương pháp quang đàn hồi
Phương pháp quang dẻo có ưu điểm là thời gian thực, không tiếp xúc, không phá hủy và toàn cục, đồng thời có thể phát hiện ứng suất của các cấu trúc không gian hai chiều và ba chiều phức tạp. Do đó, phương pháp này đã được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong việc phát hiện ứng suất của vật liệu đơn tinh thể.
2. Nhiễu xạ tia X
Nhiễu xạ tia X là một phương pháp kiểm tra không phá hủy để kiểm tra ứng suất dư trên bề mặt của vật liệu đơn tinh thể. Phương pháp nhiễu xạ tia X dựa trên lý thuyết cơ học đàn hồi và lý thuyết nhiễu xạ tia X để thực hiện phát hiện ứng suất của vật liệu. Nguyên tắc cơ bản là khi có ứng suất dư trong cấu kiện, khoảng cách giữa các mặt phẳng tinh thể trong thớ sẽ thay đổi thường xuyên theo độ lớn của ứng suất. Giá trị biến dạng của vật liệu nhận được bằng cách đo sự thay đổi của khoảng cách giữa các mặt phẳng bằng nhiễu xạ tia X, và sau đó giá trị ứng suất dư của cấu kiện được tính theo định luật Hooke và sử dụng quan hệ độ cứng thích hợp. Hiện tại, các phương pháp chủ yếu bao gồm phương pháp Imura, phương pháp Ortner và phương pháp hồi quy tuyến tính bội số.
3. Quang phổ Raman vi mô
Quang phổ Micro-Raman là một công nghệ kiểm tra cơ học thực nghiệm quy mô vi mô mới nổi và đầy hứa hẹn. Sử dụng kỹ thuật này để phát hiện ứng suất dư trong vật liệu đơn tinh thể dựa trên nguyên lý tán xạ Raman. Nguyên tắc cơ bản là khi có ứng suất dư trong vật liệu, sự dịch chuyển tần số Raman sẽ thay đổi theo biến dạng mạng tinh thể. Bằng cách phát hiện những thay đổi trong các vạch phổ Raman, sử dụng mối quan hệ giữa ứng suất và sự dịch chuyển tần số Raman tương đối được thể hiện trong công thức (2), ứng suất của vật liệu đơn tinh thể có thể thu được
Trong fomula (2): Ψ là hệ số dịch chuyển ứng suất / biến dạng-tần số của vật liệu; Δω là gia số dịch chuyển tần số
Với ưu điểm không tiếp xúc, không phá hủy, thời gian thực, độ nhạy cao và độ phân giải không gian cao, phổ vi Raman đã được sử dụng rộng rãi trong cơ học thực nghiệm quy mô vi mô, đặc biệt là trong lĩnh vực đo lường cơ học vật liệu bán dẫn.
4. Nhiễu xạ neutron
Phương pháp nhiễu xạ neutron là một phương pháp phát hiện và phân tích có thể thu được trực tiếp sự phân bố ứng suất ba chiều bên trong linh kiện mà không làm hỏng linh kiện. Nó dựa trên định luật Bragg để nhận ra việc xác định ứng suất dư của vật liệu đơn tinh thể. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp như sau: khoảng cách giữa các mạng trong ô đơn vị được đo bằng máy đo nhiễu xạ nơtron, biến dạng đàn hồi được giải quyết bằng sự thay đổi của khoảng cách, và sau đó sự phân bố ứng suất của thành phần thu được theo mối quan hệ giữa biến dạng và ứng suất. Phương pháp nhiễu xạ neutron có ưu điểm là độ sâu xuyên lớn và độ phân giải không gian cao.
Hình 2 Sơ đồ của phép đo ứng suất dư bằng phương pháp nhiễu xạ nơtron
Dưới đây là so sánh các phương pháp phát hiện ứng suất dư khác nhau để bạn tham khảo như hình 3:
Hình 3 So sánh các phương pháp phát hiện ứng suất
Để biết thêm thông tin, vui lòng liên hệ với chúng tôi qua email victorchan@powerwaywafer.com và powerwaymaterial@gmail.com.