多孔硅材料的微拉曼光譜應(yīng)力測量技術(shù).pdf

1、多孔硅薄膜是具有良好力熱光電性能的納米半導(dǎo)體材料，但是備制時在材料內(nèi)部會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在實際應(yīng)用中，這些殘余應(yīng)力會引起多孔硅薄膜結(jié)構(gòu)或器件的翹曲、倒塌和斷裂。因此，需要研究有效的無損的多孔硅材料或器件的殘余應(yīng)力測量技術(shù)。微拉曼光譜法是一種有效的應(yīng)力測量技術(shù)，它具有無損、快速、空間分辨率高等特點。該技術(shù)在多孔硅材料應(yīng)力測量中應(yīng)用的關(guān)鍵在于建立多孔硅材料的拉曼頻移與應(yīng)力間的定量關(guān)系，但目前還缺少這一關(guān)系。本文針對多孔硅材料的拉曼應(yīng)力測量理論

2、以及相應(yīng)的拉曼頻移與應(yīng)力間的定量關(guān)系開展了研究工作。
　　本文建立了多孔硅材料的橫觀各向同性力學(xué)模型，研究了適用于橫觀各向同性材料的拉曼應(yīng)力測量理論，推導(dǎo)出了橫觀各向同性材料的拉曼頻移-應(yīng)力關(guān)系式。同時，采用納米壓痕方法與數(shù)字散斑相關(guān)方法對多孔硅材料的彈性模量和泊松比等力學(xué)性能參數(shù)進行了實驗測定。利用所研究的拉曼應(yīng)力測量理論與實驗測定的材料參數(shù)，本文確定了多孔硅材料的拉曼頻移應(yīng)力因子及其隨材料孔隙率的變化曲線。結(jié)果表明，測量的空間

3、方位和材料參數(shù)，特別是彈性模量是影響橫觀各向同性材料拉曼頻移應(yīng)力因子的主要因素；多孔硅的拉曼頻移應(yīng)力因子隨著孔隙率的增大快速減?。?0％孔隙率多孔硅的拉曼頻移應(yīng)力因子比單晶硅的頻移因子減小了1個量級。
　　本文利用多孔硅材料的拉曼頻移-應(yīng)力定量關(guān)系，應(yīng)用微拉曼光譜法對多孔硅薄膜/單晶硅基底復(fù)合結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力進行了測量。結(jié)果表明，材料制備在多孔硅薄膜內(nèi)部引起了較大的拉應(yīng)力，該拉應(yīng)力是導(dǎo)致多孔硅薄膜開裂的主要原因；在界面區(qū)域殘余應(yīng)力分