单晶硅纳米力学性能的测试

　　　　　　　　　OpticsandPrecisionEngineering　　　　　　　

2009年7月　　　Jul.2009

文章编号　10042924X(2009)0721602207

第17卷　第7期

　光学精密工程

Vol.17　No.7

单晶硅纳米力学性能的测试

赵宏伟1,杨柏豪2,赵宏健3,黄　虎1

(1.吉林大学机械科学与工程学院,吉林长春130022;2.北京航天计量测试技术研究所力学室,北京100076;

3.浙江大学材料与化学工程学院,浙江杭州310027)

摘要:对材料纳米力学性能测试手段进行了研究,着重分析了纳米压痕技术的原理和方法。结合纳米压痕技术,采用尖端四面体Vickers型单晶金刚石压头对单晶硅(100)晶面进行了纳米压痕实验测试。实验发现,在载荷为1000mN时,晶体硅出现了明显的裂纹和脆性断裂;而在载荷低于80mN的情况下,晶体硅则表现出延性特性,在不同载荷条件下对晶体硅的硬度进行了实验测试,测试结果发现,,认为导致这种差异的原因在于压痕区域晶体硅所受压力不同,,为15.7GPa。

关　键　词:单晶硅薄片;纳米力学;纳米压痕;硬度;中图分类号:TN304.07　　文献标识码propertiesofsinglecrystalsilicon

ZHAOHong2wei1,YANGBai2hao2,ZHAOHong2jian3,HUANGHu1

(1.CollegeofMechanicalScienceandTechnology,JilinUniversity,Changchun130025,China;

2.DepartmentofMechanics,BeijingAerospaceInstituteforMetrologyand

MeasurementTechnology,Beijing100076,China;

3.CollegeofMaterialScienceandChemicalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Thetestingmethodsfornanomechanicpropertiesofmaterialswidelyusedinmachininginmicro2nanoscale,MEMS/NEMS,biomedicalengineering,materialsciencesetc.areresearchedandthemainprincipleandmethodsofnanoindentationtechnologyareanalyzed.Byafour2sidedVickersdiamondindenterwithasharpenedtip,thenanoindentationexperimentsareundertakentotestthesinglecrystalsiliconon(100)crystalsurfacewiththehelpofananoindentationtester.Experimentsshowthatthebrittlecrackisoccurredaroundthenanoindentationzoneonsiliconsurfacewhenthemaximumloadofindentationis1000mN.However,thecrystalsiliconshowsplasticpropertywhenthemaximumloadofindentationisbelow80mN.Moreover,thehardnesstestofthecrystalsiliconwithdifferentloadsiscarriedout,andthetestingresultsshowthatthehardnessisquitedifferentindifferentloads.Itisexplainedthattheappearedphenomenonmaycomefromthephasetransformation

　　收稿日期:2008203213;修订日期:2008205229.

　　基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金(新)(No.20081831024);吉林省科技项目(No.SC0704083);吉林大学

自然科学种子基金资助项目(No.498042320414)