單晶硅材料動態(tài)壓痕試驗系統(tǒng)的建立及試驗研究.pdf

1、單晶硅材料是當代電子工業(yè)中應用最多的半導體材料，它在航空航天、光學、電子和微電子等領域發(fā)揮著十分重要的作用。但是在室溫下單晶硅材料是脆性材料，它的斷裂韌性很低，受到很小的載荷就有可能出現(xiàn)裂紋和發(fā)生斷裂，因此加工十分困難。隨著科學技術的進步，對脆性材料進行超精密車削和超精密磨削技術得到很大發(fā)展。由于壓痕試驗與超精密加工過程非常相似，因此人們常常通過靜態(tài)壓痕試驗來研究單晶硅材料的力學性能，分析其彈/塑轉變和裂紋生成的機理。但是在超精密加工過

2、程中單晶硅材料承受很高的應變率，而在靜態(tài)壓痕試驗中單晶硅材料承受的應變率可以忽略，所以用靜態(tài)壓痕試驗得出的結論來分析單晶硅材料的可加工性是不合適的。
　　本文是國內(nèi)首次根據(jù)靜態(tài)壓痕試驗理論和SHPB理論設計和建立了一套動態(tài)壓痕試驗系統(tǒng)，它由動態(tài)壓痕試驗裝置、應變測量電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。這套系統(tǒng)可以用來對材料進行動態(tài)壓痕試驗，獲得材料的動態(tài)力學參數(shù)，也可以獲得材料的動態(tài)應力－應變曲線，從而分析材料的動態(tài)塑性性能。其次通過對單晶硅

3、材料粗糙表面和光滑表面分別進行動態(tài)壓痕試驗和靜態(tài)壓痕試驗，發(fā)現(xiàn)單晶硅材料粗糙表面的硬度值小于光滑表面的硬度值，單晶硅材料在動態(tài)加載條件下的硬度值小于靜態(tài)加載條件下的硬度值。然后通過SEM觀察單晶硅試件表面壓痕形貌，發(fā)現(xiàn)粗糙表面比光滑表面容易生成大裂紋，在相同載荷作用下單晶硅材料在動態(tài)壓痕試驗得到的裂紋要大于在靜態(tài)壓痕試驗得到的裂紋，表明在動態(tài)加載條件下單晶硅材料更容易生成裂紋和破碎。從試驗中可以看出單晶硅材料表面光滑程度和材料所受的應變