單晶硅材料動(dòng)態(tài)壓痕試驗(yàn)系統(tǒng)的建立及試驗(yàn)研究.pdf

1、單晶硅材料是當(dāng)代電子工業(yè)中應(yīng)用最多的半導(dǎo)體材料，它在航空航天、光學(xué)、電子和微電子等領(lǐng)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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)脆性材料進(jìn)行超精密車削和超精密磨削技術(shù)得到很大發(fā)展。由于壓痕試驗(yàn)與超精密加工過(guò)程非常相似，因此人們常常通過(guò)靜態(tài)壓痕試驗(yàn)來(lái)研究單晶硅材料的力學(xué)性能，分析其彈/塑轉(zhuǎn)變和裂紋生成的機(jī)理。但是在超精密加工過(guò)

2、程中單晶硅材料承受很高的應(yīng)變率，而在靜態(tài)壓痕試驗(yàn)中單晶硅材料承受的應(yīng)變率可以忽略，所以用靜態(tài)壓痕試驗(yàn)得出的結(jié)論來(lái)分析單晶硅材料的可加工性是不合適的。
　　本文是國(guó)內(nèi)首次根據(jù)靜態(tài)壓痕試驗(yàn)理論和SHPB理論設(shè)計(jì)和建立了一套動(dòng)態(tài)壓痕試驗(yàn)系統(tǒng)，它由動(dòng)態(tài)壓痕試驗(yàn)裝置、應(yīng)變測(cè)量電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。這套系統(tǒng)可以用來(lái)對(duì)材料進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓痕試驗(yàn)，獲得材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)，也可以獲得材料的動(dòng)態(tài)應(yīng)力－應(yīng)變曲線，從而分析材料的動(dòng)態(tài)塑性性能。其次通過(guò)對(duì)單晶硅

3、材料粗糙表面和光滑表面分別進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓痕試驗(yàn)和靜態(tài)壓痕試驗(yàn)，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(dòng)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(guò)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(dòng)態(tài)壓痕試驗(yàn)得到的裂紋要大于在靜態(tài)壓痕試驗(yàn)得到的裂紋，表明在動(dòng)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(yàn)中可以看出單晶硅材料表面光滑程度和材料所受的應(yīng)變