微氮直拉硅单晶的机械性能研究

摘要

该文从硅材料的基本概念入手,阐述了硅单晶材料的脆性断裂、脆塑转变以及在热处理过程中的翘曲研究,并通过这三个部分进行实验.常温下氮硅单晶(NCZ)及普通硅单晶(CZ)的断裂强度研究发现,氮的掺入提高了机械性能,并且不同氧沉淀量、位错的存在及不同晶向对硅材料机械强度也有较大影响.当温度升高达到硅材料的脆塑转变时,材料的断裂强度有个很大的提高,但是首次发现含氮硅单晶却不明显,而且掺氮的硅单晶脆塑转变温度比普通单晶高,可能是氮的掺入改变了硅材料的内部晶体结构及电子结构.而且常温及高温下的脆性断口表现不同,常温断口为一平面,而高温断口为曲面,断面上都存在微小台阶.实验中对常温及高温下的应力-应变曲线以及也进行了分析.热处理过程中由于热应力及氧沉淀的作用,会使硅片产生位错并导致翘曲,但是在该实验中表现不明显,可能是氧沉淀等对位错的钉扎作用阻止了硅片的翘曲.而且通过显微镜、透射电子显微镜以及对硅片的整片应力扫描分析了应力、氧沉淀和位错之间的相互关系.发现硅片中位错与高应力区相对应,位错的产生主要是热应力作用的结果,并且位错沿[110]和[112]易滑移方向产生.

目录

Abstract

摘要

第一章文献综述

1.1硅单晶材料脆性断裂

1.1.1硅单晶的结构特性和解理面

1.1.2硅单晶脆性断裂的理论研究

1.1.3硅的断裂机制与裂纹研究

1.1.4常温下硅单晶的脆性断裂

1.2硅单晶的脆塑转变

1.2.1应变率因素

1.2.2掺杂因素

1.2.3位错滑移系

1.2.4裂纹尖端位错研究

1.2.5硅单晶的塑性变形

1.2.6 BDT模型

1.3硅片的翘曲

1.3.1硅片翘曲的研究方法

1.3.2影响硅片翘曲的因素

1.3.3硅片上瞬间温度和热应力模型

1.4小结

第二章硅材料的脆性断裂

2.1样品准备及实验过程

2.2硅单晶断裂强度分析

2.2.1氮杂质及氧沉淀对断裂强度的影响

2.2.2晶向对断裂强度的影响

2.2.3位错对断裂强度的影响

2.2.4离散性分析

2.3裂纹及断口分析

2.3.1脆性断裂裂纹分析

2.3.2断口形貌分析

2.3.3断裂路径及模型

2.4应力-应变曲线

2.5小结

第三章硅材料的脆塑转变(BDT)

3.1样品制备与实验过程

3.2硅单晶的脆塑转变分析

3.2.1脆塑转变曲线

3.2.2氮杂质对脆塑转变温度的影响

3.3断口形貌及裂纹分析

3.3.1塑性变形和位错

3.3.2高温下的脆性断口

3.4应力-应变曲线

3.5小结

第四章硅片热翘曲研究

4.1实验样品及实验过程

4.2氧沉淀变化及翘曲度分析

4.3热翘曲过程中的氧沉淀及位错

4.3.1氧沉淀观察

4.3.2位错观察

4.3.3氧沉淀、位错及翘曲关系

4.4小结

第五章硅片翘曲中应力研究

5.1硅片中应力分布

5.2应力与位错关系

5.3小结

第六章结论

参考文献

附录

致谢