硅單晶的機械性能是包括集成電路在內(nèi)的器件的制造和封裝的限制因素。同時,硅單晶的機械性能還在無位錯單晶生長、外延沉積以及硅片加工中起到十分重要的作用。因此,在過去的數(shù)十年中已經(jīng)涌現(xiàn)出大量有關(guān)硅單晶機械性能的研究工作。盡管如此,硅單晶的機械性能的研究依舊不如電學(xué)性能和光學(xué)性能的研究那樣深刻。因此,豐富硅單晶的機械性能的研究顯得很有必要。本文利用顯微壓痕、納米壓痕、超聲回波和四點彎曲等方法詳細研究了高濃度的磷、砷、銻和錫等雜質(zhì)對直拉硅單晶的硬度、彈性模量、斷裂韌性和抵抗位錯滑移的能力等機械性能的影響,得到的如下主要結(jié)果:對比研究了重摻磷和重摻砷對直拉硅單晶的機械性能的影響。從顯微壓痕的尺寸,得知重摻磷硅單晶比重摻砷硅單晶具有稍高的維氏硬度。納米壓痕和超聲回波兩種表征方法都表明重摻磷硅單晶比重摻砷硅單晶具有略高的楊氏模量。結(jié)合納米壓痕和顯微拉曼光譜,指出:相比于重摻磷硅單晶,重摻砷硅單晶在納米壓痕的加載過程中,金剛石立方相（Si-Ⅰ相）向體心立方相（Si-Ⅱ相）的轉(zhuǎn)變更為顯著。通過對維氏壓痕出現(xiàn)側(cè)裂紋頻率和長度的統(tǒng)計分析,結(jié)合維氏壓痕法的斷裂韌性計算結(jié)果,重摻磷硅單晶具有更高的斷裂韌性,并用密... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１硅單晶結(jié)構(gòu)示意圖，球表示硅原子，粗實線表示原子間的成鍵??

２．２硅單晶的基本力學(xué)性能??２．２．１硅單晶的晶體結(jié)構(gòu)??硅單晶的化學(xué)鍵Ｓｉ－Ｓｉ鍵為共價鍵，其鍵強為３１０ＫＪ?ｍ〇ｒ１［２７］。圖２．１為硅單??晶的晶體結(jié)構(gòu)示意圖［７］，硅單晶的晶體結(jié)構(gòu)是典型的金剛石立方結(jié)構(gòu)，其晶格常??數(shù)為０．５４３?ｎｍ。硅單晶的最密排面是｛１１１｝面，密排方向為＜１１０＞晶向，滑移系為??｛１１１丨＜１１０＞，因此硅單晶是各向異性材料，同時也是一種脆性材料。??？?Ｖ／?？??７?Ｖ??？?？？？?？??圖２．１硅單晶結(jié)構(gòu)示意圖，球表示硅原子，粗實線表示原子間的成鍵??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｓｉｌｉｃｏｎ；?ａｔｏｍ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ａｒｅ?ｓｈｏｗｎ?ａｓ?ｓｐｈｅｒｅｓ，??ｂｏｎｄｓ?ａｓ?ｂｏｌｄ?ｓｏｌｉｄ?ｌｉｎｅｓ．??２．２．２硅單晶的硬度??硬度是一種用來描述材料抵抗遭受永久破壞的性質(zhì)。硬度是長久以來測試材??－?料機械性能的一個有效的指標(biāo)。硬度并非一個基礎(chǔ)物理量，可以通過測試方法來??分類，主要有三類，分別為靜態(tài)壓入硬度、劃入硬度以及動態(tài)壓入硬度［２８］。其??中靜態(tài)壓入壓痕最為常用

?轉(zhuǎn)變溫度約為其熔點的一般，對于硅單晶材料，脆塑轉(zhuǎn)變溫度在５５０°Ｃ左右。當(dāng)??溫度高于脆塑轉(zhuǎn)變溫度時，圖２．３所示為在高溫時不同條件下的硅單晶的應(yīng)力應(yīng)??變曲線，表現(xiàn)出了良好的延展性［３（）］。??＾?Ａ０－?＾＊?０ｘ１０＊?＾?Ａ〇－??！?＾?！??＾?Ａ－ｒ２ｘ？〇５?Ｉ?Ａ??．ｘ?Ａ?Ｉ?Ｊ?ｆＸ?Ｉ?Ｌ??（ａ）〇?ＳＨＥＡＲ?ＩｔＲＡ，，，）?１０?（ｂ）°?湖?Ｗ。??圖２．３不同位錯濃度的硅單晶在８００°Ｃ下的應(yīng)力應(yīng)變曲線（ａ）摻氮區(qū)熔硅，（ｂ）普通高純??區(qū)熔硅［３（）］。??ＦＩＧ．?２．３?Ｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｃｒｙｓｔａｌｓ?ｗｉｔｈ?ｖａｒｉｏｕｓ?ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ?ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ?ａｔ?８００°Ｃ，?（ａ）??Ｎｉｔｒｏｇｅｎ－ｄｏｐｅｄ?ｆｌｏａｔｉｎｇ－ｚｏｎｅ－ｇｒｏｗｎ?（ＦＺ－Ｓｉ）?ｓｉｌｉｃｏｎ，?（ｂ）?Ｕｓｕａｌ?Ｆｚ－Ｓｉ?ｏｆ?ｈｉｇｈ?ｐｕｒｉｔｙ［３０］．．??２．２．５硅單晶的斷裂韌性??斷裂韌性可以反映材料抑制裂紋擴展的能力。對于不同的材料，表征斷裂韌??性的手段也不一樣。拉伸試驗一般用來測試塑形材料的斷裂韌性，而不能用在脆??性材料上。對于脆性材料


本文編號：2920273