• 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03
    • / 9
    • 下载费用:30 金币  

    巴黎岛重庆时时彩: 一种薄膜拉伸应变的测试装置及运行方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201910001813

    申请日:

    20190102

    公开号:

    CN109443932A

    公开日:

    20190308

    当前法律状态:

    实质审查的生效

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效
    IPC分类号: G01N3/08 主分类号: G01N3/08
    申请人: 西安建筑科技大学
    发明人: 张晓民;冯杰;李金刚;任金彬
    地址: 710055 陕西省西安市雁塔路13号
    优先权:
    专利代理机构: 61215 代理人: 王晶
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201910001813

    授权公告号:

    法律状态公告日:

    20190402

    法律状态类型:

    实质审查的生效

    摘要

    一种薄膜拉伸应变的测试及运行方法,包括水平基座,水平基座上方放置有测试样品,测试样品上方设置有用于定位的显微镜,水平基座上设置有用于进行轴线位移的左轴向线性位移台和右轴向线性位移台,的左轴向线性位移台和右轴向线性位移台顶部设置有左圆柱和右圆柱,左圆柱和右圆柱与设在测试样品的左圆孔和右圆孔对应设置,本发明具有测试平台简单、成本低、测试方便的特点。

    权利要求书

    1.一种薄膜拉伸应变的测试装置,其特征在于,包括水平基座(2),水平基座(2)上方放置有测试样品(1),测试样品(1)上方设置有显微镜(7),所述的水平基座(2)上设置有用于进行轴线位移的左轴向线性位移台(5)和右轴向线性位移台(6),所述的的左轴向线性位移台(5)和右轴向线性位移台(6)顶部设置有左圆柱(14)和右圆柱(15),左圆柱(14)和右圆柱(15)与设在测试样品(1)的左圆孔(10)和右圆孔(11)对应设置,所述的测试样品(1)由紧凑拉伸测试样品晶圆基底(8)和基底表面微桥薄膜样品(9)组成。 2.根据权利要求1所述的一种薄膜拉伸应变的测试装置,其特征在于,所述的左轴向线性位移台(5)和右轴向线性位移台(6)分别通过左高分辨率线性促动器(3)和右高分辨率线性促动器(4)进行调节。 3.根据权利要求1所述的一种薄膜拉伸应变的测试装置,其特征在于,所述的紧凑拉伸测试样品晶圆基底(8)为16x32mm的矩形单晶硅样品,包括左圆孔(10)和右圆孔(11),所述的紧凑拉伸测试样品晶圆基底(8)中间为基底裂纹(12),基底裂纹(12)上部连接有圆孔(13),下部设置有左圆孔(10)和右圆孔(11)。 4.根据权利要求1所述的一种薄膜拉伸应变的测试装置,其特征在于,所述的左圆孔(10)和右圆孔(11)为的通孔,圆孔(13)为的通孔。 5.根据权利要求1所述的一种薄膜拉伸应变的测试装置,其特征在于,所述的微桥薄膜样品(9)由一系列宽w=60微米、长度L=400微米的条形薄膜组成,薄膜与紧凑拉伸测试样品晶圆基底(8)脱离,但两端仍然与附着在紧凑拉伸测试样品晶圆基底(8)表面的薄膜相连。 6.根据权利要求1所述的一种薄膜拉伸应变的测试装置,其特征在于,所述的左高分辨率线性促动器(3),可采用程序控制位移量,位移精度50纳米,用来驱动左性移动台(5); 所述的右高分辨率线性促动器(4),采用手动调节控制位移量,位移精度0.5微米,用来驱动右线性移动台(6); 所述的左高分辨率线性促动器(3)是M-230普爱纳米位移技术(上海)有限公司产品;右高分辨率线性促动器(4)型号是1D1V。 7.一种薄膜拉伸应变测试装置的运行方法,其特征在于,包括测试样品(1)的制备、及拉伸应变测试两部分: 测试样品(1)的制备包括紧凑拉伸测试样品晶圆基底(8)和基底表面微桥薄膜样品(9)的制备两个环节; 紧凑拉伸测试样品晶圆基底(8)为单晶硅片,沿晶面切割成紧凑拉伸测试样品形状,左圆孔(10)、右圆孔(11)和圆孔(13)采用激光切割方法制备,基底的纵向裂纹(12)采用桥式压入弯曲法制备; 基底表面微桥薄膜样品(9)的制备采用MEMS光刻技术,薄膜与基底的剥离采用牺牲层技术,具体流程为:①采用磁控溅射方法首先沉积100纳米厚度ZnO薄膜作为牺牲层,②用光刻胶制备掩膜图形,③沉积待测试薄膜,④用丙酮除去光刻胶后采用稀盐酸液相刻蚀方法去掉裸露的ZnO以及测试薄膜下部ZnO牺牲层,直至条形薄膜悬空,而与薄膜两端连接的其余部分仍然附着在基底表面,形成微桥形状; 拉伸位移的测试,首先将测试样品(1)放样品台(2)上,采用显微镜(7)定位,调节移动左高分辨率线性促动器(3)和右高分辨率线性促动器(4),使左轴向线性位移台(5)和右轴向线性位移台(6)上的左圆柱(14)和右圆柱(15)穿过样品上的左圆孔(10)和右圆孔(11);然后开始施加位移载荷,基底裂纹(12)逐渐张开,使微桥薄膜在单轴拉伸作用下变形直至断裂,采用显微镜(7)测量基底裂纹(12)尾部的张开位移量,由于裂纹不同位置的张开位移与裂纹尾部的张开位移量存在线性关系,可获得不同位置微桥薄膜样品的拉伸位移量d,进而计算出拉伸应变(ε=d/L); 测量薄膜断裂韧性时,需要首先在薄膜上预制出单侧垂直裂纹,根据薄膜拉伸断裂时的临界应变,可采用公式(σ=ε·Ε,a为薄膜上裂纹的长度,E为薄膜的弹性模量)计算出薄膜的断裂韧性。

    说明书


    一种薄膜拉伸应变的测试装置及运行方法
    技术领域


    本发明涉及测量薄膜断裂韧性技术领域,特别涉及一种薄膜拉伸应变的测试装置
    及运行方法。


    背景技术


    对于薄膜材料,由于厚度一般在微米或亚微米量级,采用通常的压、拉、弯等方法
    对其力学性能进行测试的难度很大。目前比较成熟的方法就是采用纳米压痕技术对附着在
    基底表面薄膜进行压入,测试其硬度、弹性模量等参数,但基底材料的影响往往难以避免。
    因此,薄膜研究领域近年来尝试实现自由薄膜(与基底脱离)的拉伸测试,进而对断裂韧性
    等参量进行有效表征。


    拉伸法是对无基底材料约束自由薄膜的力学性能进行有效测试的最直接方法,但
    微小薄膜样品的夹持和微小力和位移的加载是个难题。根据文献报到,国外有学者采用静
    电吸附的方法对自由薄膜进行加持,然后采用高精度微拉伸仪对薄膜进行拉伸测试;也有
    采用从单晶硅基底的背面进行刻蚀,直至穿透基底使薄膜悬空(周边薄膜仍然附着在基底
    表面),然后采用纳米压痕仪对薄膜从上往下垂直加载,使薄膜承受纵向拉伸作用。但上述
    方法涉及复杂的样品制备和微、纳米量级的微拉伸测试设备,到目前为止还没有成熟的商
    业化设备。


    发明内容


    为了克服上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种薄膜拉伸应变的测试
    装置及运行方法,可用于薄膜断裂韧性的实验表征,具有测试平台简单、成本低、测试方便
    的特点。


    为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:


    一种薄膜拉伸应变的测试装置,包括水平基座2,水平基座2上方放置有测试样品
    1,测试样品1上方设置有显微镜7,所述的水平基座2上设置有用于进行轴线位移的左轴向
    线性位移台5和右轴向线性位移台6,所述的的左轴向线性位移台5和右轴向线性位移台6顶
    部设置有左圆柱14和右圆柱15,左圆柱14和右圆柱15与设在测试样品1的左圆孔10和右圆
    孔11对应设置。


    所述的左轴向线性位移台5和右轴向线性位移台6分别通过左高分辨率线性促动
    器3和右高分辨率线性促动器4进行调节。


    所述的测试样品1由紧凑拉伸测试样品晶圆基底8和基底表面微桥薄膜样品9组
    成。


    所述的紧凑拉伸测试样品晶圆基底8为16x32mm的矩形单晶硅样品,包括左圆孔10
    和右圆孔11,所述的紧凑拉伸测试样品晶圆基底8中间为基底裂纹12,基底裂纹12上部连接
    有圆孔13,下部设置有左圆孔10和右圆孔11。


    所述的左圆孔10和右圆孔11为
    的通孔,圆孔13为
    的通孔。


    所述的微桥薄膜样品9由一系列宽w=60微米、长度L=400微米的条形薄膜组成,
    薄膜与紧凑拉伸测试样品晶圆基底8脱离,但两端仍然与附着在紧凑拉伸测试样品晶圆基
    底8表面的薄膜相连。


    所述的左高分辨率线性促动器3,可采用程序控制位移量,位移精度50纳米,用来
    驱动左性移动台5;


    所述的右高分辨率线性促动器4,采用手动调节控制位移量,位移精度0.5微米,用
    来驱动右线性移动台6;


    所述的左高分辨率线性促动器3是M-230普爱纳米位移技术(上海)有限公司产品;
    右高分辨率线性促动器4型号是1D1V。


    一种薄膜拉伸应变测试装置的运行方法,包括测试样品1的制备、及拉伸应变测试
    两部分:


    测试样品1的制备包括紧凑拉伸测试样品晶圆基底8和基底表面微桥薄膜样品9的
    制备两个环节;


    紧凑拉伸测试样品晶圆基底8为单晶硅片,沿晶面切割成紧凑拉伸测试样品形状
    (矩形),左圆孔10、右圆孔11和圆孔13采用激光切割方法制备,基底的纵向裂纹12采用桥式
    压入弯曲法制备;


    基底表面微桥薄膜样品9的制备采用MEMS光刻技术,薄膜与基底的剥离采用牺牲
    层技术,具体流程为:①采用磁控溅射方法首先沉积100纳米厚度ZnO薄膜作为牺牲层,②用
    光刻胶制备掩膜图形,③沉积待测试薄膜,④用丙酮除去光刻胶后采用稀盐酸液相刻蚀方
    法去掉裸露的ZnO以及测试薄膜下部ZnO牺牲层,直至条形薄膜悬空,而与薄膜两端连接的
    其余部分仍然附着在基底表面,形成微桥形状;


    拉伸位移的测试,首先将测试样品1放样品台2上,采用显微镜7定位,调节移动左
    高分辨率线性促动器3和右高分辨率线性促动器4,使左轴向线性位移台5和右轴向线性位
    移台6上的左圆柱14和右圆柱15穿过样品上的左圆孔10和右圆孔11;然后开始施加位移载
    荷,基底裂纹12逐渐张开,使微桥薄膜在单轴拉伸作用下变形直至断裂,采用显微镜7测量
    基底裂纹12尾部的张开位移量,由于裂纹不同位置的张开位移与裂纹尾部的张开位移量存
    在线性关系,可获得不同位置微桥薄膜样品的拉伸位移量d,进而计算出拉伸应变(ε=d/
    L);


    测量薄膜断裂韧性时,需要首先在薄膜上预制出单侧垂直裂纹(采用维氏硬度计
    压入法),根据薄膜拉伸断裂时的临界应变,可采用公式(σ=ε·Ε,
    a为
    薄膜上裂纹的长度,E为薄膜的弹性模量)计算出薄膜的断裂韧性。


    本发明的有益效果:


    本发明通过对基底的加载,实现了薄膜的单轴拉伸测试,巧妙地避开了微小自由
    薄膜的钳制和微力度加载的难点。该测试平台简单、成本低、测试方便,适合商业化推广。另
    外,由于测试样品上可排列上百个微桥薄膜样品,一次测试过程可实现这些薄膜的依次加
    载,获得批量化测试数据。


    附图说明


    图1为薄膜拉伸应变测试装置示意图。


    图2为测试样品示意图。


    图3为测试样品表面微桥薄膜样品示意图。


    具体实施方式


    下面结合附图对本发明作进一步详细说明。


    通过测试薄膜拉伸应变,可实现薄膜断裂韧性的有效测试。测试装置包括(如图1
    所示):测试样品1,水平基座2,高分辨率线性促动器3、4,轴向线性位移台5、6,以及光学显
    微镜7。


    所述的测试样品1,由紧凑拉伸测试样品晶圆基底8和基底表面微桥薄膜样品9组
    成。


    所述的水平基座2,可承载整个测试装置进行X-Y轴位移来调整测试样品1在显微
    镜7下的位置。


    所述的紧凑拉伸测试样品晶圆基底8为16x32mm的矩形单晶硅样品,包括左圆孔10
    和右圆孔11,基底裂纹12,圆孔13。


    所述的左圆孔10和右圆孔11为
    的通孔,通过穿入轴向线性位移台滑动台面
    刚性左圆柱14和右圆柱15来施加位移载荷,圆孔13为
    的通孔,用来实现裂纹的止裂。


    所述的基底裂纹12为沿着\u0026lt;001\u0026gt;晶面扩展的直线裂纹,穿过微桥薄膜悬空部分的
    底部。


    所述的微桥薄膜样品9由一系列宽w=60微米、长度L=400微米的条形薄膜组成,
    薄膜与基底脱离,但两端仍然与附着在基底表面的薄膜相连。


    所述的左高分辨率线性促动器3,可采用程序控制位移量,位移精度50纳米,用来
    左轴向线性位移台5。


    所述的右高分辨率线性促动器4,采用手动调节控制位移量,位移精度0.5微米,用
    来驱动右轴向线性位移台6。


    所述的左轴向线性位移台5和右轴向线性位移台6的基座反方向背靠背固定在水
    平基座2上,左轴向线性位移台5和右轴向线性位移台6的滑动台面可以实现轴向移动,滑动
    台面的尾端装配有H2mm、
    的硬质钢左圆柱14和右圆柱15。测试时,两个滑动台面小圆
    柱14、15分别穿入测试样品1的左圆孔10和右圆孔11,滑动台面在左高分辨率线性促动器3
    和右高分辨率线性促动器4的驱动下反方向轴向移动,对测试样品的单晶硅基底8施加轴向
    位移载荷。


    所述的显微镜7位于样品正上方,用于定位线性位移台滑动台上左圆柱14和右圆
    柱15和测试样品1的左圆孔10和右圆孔11的相对位置,通过调节水平基座2的X-Y轴位置观
    察薄膜的拉伸变形和断裂,并测量基底裂纹尾部张开位移量。


    本发明的工作原理:


    薄膜的拉伸应变测试是通过对紧凑拉伸测试样品形状的晶圆基底8施加位移载
    荷,使基底裂纹12逐渐张开,跨越基底裂纹12两侧的微桥薄膜样品则承受单轴拉伸作用直
    至断裂。通过测量基底裂纹尾部的张开位移量W,则可以根据裂纹不同位置的张开位移与裂
    纹尾部的张开位移量W的线性关系,获得不同位置微桥薄膜样品的拉伸位移量d和拉伸应变
    (ε=d/L)。


    测试样品的制备,包括紧凑拉伸测试样品单晶硅基底8的制备,以及基底表面微桥
    薄膜样品的制备。


    基底裂纹12的制备是紧凑拉伸测试样品单晶硅基底的制备的关键环节,首先在指
    定位置采用桥式压入弯曲法制备出尖锐裂纹,然后使该裂纹沿着单晶硅晶面稳态扩展,到
    达圆孔13后停止。


    基底表面微桥薄膜样品的制备,首先采用磁控溅射方式在基底表面沉积100nm厚
    度的ZnO牺牲层,然后采用传统的MEMS光刻技术对薄膜进行图案化(涂镀光刻胶,掩膜版遮
    盖后曝光和显影),最后沉积测试薄膜并采用丙酮溶解掉光刻胶后,实现了测试薄膜的图案
    化。测试时,采用稀盐酸侧向刻蚀掉ZnO牺牲层,使薄膜悬空,实现了微桥薄膜样品9的制备。


    对测试样品进行拉伸测试时,将测试样品放置于样品台,采用显微镜7来定位测试
    样品1左圆孔10、右圆孔11的位置,调节左高分辨率线性促动器3和右高分辨率线性促动器
    4,使左轴向线性位移台5和右轴向线性位移台6面左圆柱14和右圆柱15分别穿入左圆孔10
    和右圆孔11。


    拉伸测试时,右高分辨率线性促动器4保持固定,采用程序控制左高分辨率线性促
    动器3的轴向位移(步幅精度为50纳米),调节显微镜7的位置,观测加载小圆柱与样品的接
    触、基底裂纹12的张开、以及微桥薄膜样品的拉伸断裂情况。测量裂纹尾部的张开位移量,
    计算不同位置微桥薄膜样品单轴位移和应变。


    当测试薄膜断裂韧性时,测试前,需要首先对测试样品表面的微桥薄膜样品9预制
    单侧垂直裂纹,可采用显微硬度计压入法来实现:在条形薄膜一侧的单晶硅基底上压出十
    字裂纹,裂纹延伸到薄膜上时,可制备出单侧垂直裂纹。测出薄膜断裂临界应变后,则可以
    采用以下公式计算出断裂韧性。






    关 键 词:
    一种 薄膜 拉伸 应变 测试 装置 运行 方法
      专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    关于本文
    本文标题:一种薄膜拉伸应变的测试装置及运行方法.pdf
    链接地址://www.4mum.com.cn/p-6154477.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

    [email protected] 2017-2018 www.4mum.com.cn网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
     


    收起
    展开
  • 四川郎酒股份有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度环保奖 2019-05-13
  • 银保监会新规剑指大企业多头融资和过度融资 2019-05-12
  • 韩国再提4国联合申办世界杯 中国网友无视:我们自己来 2019-05-11
  • 中国人为什么一定要买房? 2019-05-11
  • 十九大精神进校园:风正扬帆当有为 勇做时代弄潮儿 2019-05-10
  • 粽叶飘香幸福邻里——廊坊市举办“我们的节日·端午”主题活动 2019-05-09
  • 太原设禁鸣路段 设备在测试中 2019-05-09
  • 拜耳医药保健有限公司获第十二届人民企业社会责任奖年度企业奖 2019-05-08
  • “港独”没出路!“梁天琦们”该醒醒了 2019-05-07
  • 陈卫平:中国文化内涵包含三方面 文化复兴表现在其中 2019-05-06
  • 人民日报客户端辟谣:“合成军装照”产品请放心使用 2019-05-05
  • 【十九大·理论新视野】为什么要“建设现代化经济体系”?   2019-05-04
  • 聚焦2017年乌鲁木齐市老城区改造提升工程 2019-05-04
  • 【专家谈】上合组织——构建区域命运共同体的有力实践者 2019-05-03
  • 【华商侃车NO.192】 亲!楼市火爆,别忘了买车位啊! 2019-05-03