[發明專利]一種薄膜拉伸應變的測試裝置及運行方法

在審

• 申請號: 201910001813.5
• 申請日: 2019-01-02
• 公開（公告）號: CN109443932A
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 張曉民;馮杰;李金剛;任金彬
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

一種薄膜拉伸應變的測試及運行方法，包括水平基座，水平基座上方放置有測試樣品，測試樣品上方設置有用于定位的顯微鏡，水平基座上設置有用于進行軸線位移的左軸向線性位移臺和右軸向線性位移臺，的左軸向線性位移臺和右軸向線性位移臺頂部設置有左圓柱和右圓柱，左圓柱和右圓柱與設在測試樣品的左圓孔和右圓孔對應設置，本發明具有測試平臺簡單、成本低、測試方便的特點。

技術領域

本發明涉及測量薄膜斷裂韌性技術領域，特別涉及一種薄膜拉伸應變的測試裝置及運行方法。

背景技術

對于薄膜材料，由于厚度一般在微米或亞微米量級，采用通常的壓、拉、彎等方法對其力學性能進行測試的難度很大。目前比較成熟的方法就是采用納米壓痕技術對附著在基底表面薄膜進行壓入，測試其硬度、彈性模量等參數，但基底材料的影響往往難以避免。因此，薄膜研究領域近年來嘗試實現自由薄膜(與基底脫離)的拉伸測試，進而對斷裂韌性等參量進行有效表征。

拉伸法是對無基底材料約束自由薄膜的力學性能進行有效測試的最直接方法，但微小薄膜樣品的夾持和微小力和位移的加載是個難題。根據文獻報到，國外有學者采用靜電吸附的方法對自由薄膜進行加持，然后采用高精度微拉伸儀對薄膜進行拉伸測試；也有采用從單晶硅基底的背面進行刻蝕，直至穿透基底使薄膜懸空(周邊薄膜仍然附著在基底表面)，然后采用納米壓痕儀對薄膜從上往下垂直加載，使薄膜承受縱向拉伸作用。但上述方法涉及復雜的樣品制備和微、納米量級的微拉伸測試設備，到目前為止還沒有成熟的商業化設備。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種薄膜拉伸應變的測試裝置及運行方法，可用于薄膜斷裂韌性的實驗表征，具有測試平臺簡單、成本低、測試方便的特點。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種薄膜拉伸應變的測試裝置，包括水平基座2，水平基座2上方放置有測試樣品1，測試樣品1上方設置有顯微鏡7，所述的水平基座2上設置有用于進行軸線位移的左軸向線性位移臺5和右軸向線性位移臺6，所述的的左軸向線性位移臺5和右軸向線性位移臺6頂部設置有左圓柱14和右圓柱15，左圓柱14和右圓柱15與設在測試樣品1的左圓孔10和右圓孔11對應設置。

所述的左軸向線性位移臺5和右軸向線性位移臺6分別通過左高分辨率線性促動器3和右高分辨率線性促動器4進行調節。

所述的測試樣品1由緊湊拉伸測試樣品晶圓基底8和基底表面微橋薄膜樣品9組成。

所述的緊湊拉伸測試樣品晶圓基底8為16x32mm的矩形單晶硅樣品，包括左圓孔10和右圓孔11，所述的緊湊拉伸測試樣品晶圓基底8中間為基底裂紋12，基底裂紋12上部連接有圓孔13，下部設置有左圓孔10和右圓孔11。

所述的左圓孔10和右圓孔11為的通孔，圓孔13為的通孔。

所述的微橋薄膜樣品9由一系列寬w＝60微米、長度L＝400微米的條形薄膜組成，薄膜與緊湊拉伸測試樣品晶圓基底8脫離，但兩端仍然與附著在緊湊拉伸測試樣品晶圓基底8表面的薄膜相連。

所述的左高分辨率線性促動器3，可采用程序控制位移量，位移精度50納米，用來驅動左性移動臺5；

所述的右高分辨率線性促動器4，采用手動調節控制位移量，位移精度0.5微米，用來驅動右線性移動臺6；

所述的左高分辨率線性促動器3是M-230普愛納米位移技術(上海)有限公司產品；右高分辨率線性促動器4型號是1D1V。

一種薄膜拉伸應變測試裝置的運行方法，包括測試樣品1的制備、及拉伸應變測試兩部分：

測試樣品1的制備包括緊湊拉伸測試樣品晶圓基底8和基底表面微橋薄膜樣品9的制備兩個環節；