[發明專利]一種半導體材料初始解理裂紋長度計算方法

有效

• 申請號: 202110051691.8
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112861278B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 高睿;姜晨;黃鵬輝;蔣金鑫;郎小虎
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明設計一種半導體材料初始解理裂紋長度計算方法，包括：首先根據半導體材料晶胞結構確定最佳解理晶向，其次計算該晶向關鍵材料力學參數(彈性模量和泊松比)及斷裂韌性，最后結合應力強度因子與斷裂韌性公式獲得最佳解理晶向初始解理裂紋長度。

技術領域

本發明涉及一種半導體材料初始解理裂紋長度計算方法，屬于半導體光電子器件工藝技術領域。

背景技術

隨著半導體、光電技術的飛速發展，半導體激光器因其具有高效、體積小、成本低且可靠性高等一系列優勢，被廣泛應用于數據通信、激光醫學和激光加工等領域。半導體材料電子遷移率高且為直接帶隙，以其為襯底材料的諧振腔面作為半導體激光器關鍵組成部分，對半導體激光器的性能與可靠性有著重要的影響。

同時機械解理、具有高效性和良好的普適性，目前逐漸成為激光器諧振腔面制備的重要方法之一。解理是當材料受到定向機械應力的作用時，沿平行的一個或幾個平面裂開，這些開裂的平面稱為解理面。但現有的解理加工過程中常伴隨著解理面損傷等技術缺陷，造成解理后腔面形成波紋形裂紋、有效解理尺寸過小等問題，一定程度上限制了其在激光器的適用范圍。為了進一步掌握諧振腔面解理加工機理，提升解理加工質量，推動超精密解理加工技術的發展，計算不同半導體材料的解理晶向以及該晶向的初始解理裂紋長度則顯得尤為重要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體材料初始解理裂紋長度計算方法，由于不同半導體材料的晶胞結構不同且材料力學參數具有明顯的各向異性，同時考慮到解理設備中變角度劃片刀對初始解理裂紋長度的影響，準確計算同時滿足上述多種需求的最佳解理加工晶向的初始解理裂紋長度，填補了解理加工的理論研究的空白。

為了實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：

步驟1：確定解理晶向。結合半導體材料晶胞結構，計算不同材料各晶面的面間距以得到最佳解理晶向(即面間距最大的晶面所對應的晶向)，面間距d表示為：

式中：ρ為體密度(即晶胞單位體積內所包含原子數目)；N為單位晶格面積內所包含的原子數目；A和B分別為單位晶格的長和寬。

步驟2：計算初始解理裂紋長度。

(1)法向線載荷P(x)。在解理加工的劃片工序中，由于劃片刀頭為四棱錐形狀，實際上刀頭與工件之間載荷呈現為三角形的均布載荷。同時以刀頭尖端與工件接觸點為原點O建立二維直角坐標系，得到法向載荷P(x)為：

式中：L為刀頭輪廓對角線長度的一半；θ為刀頭頂角；P為預設法向載荷。

(2)刀頭與工件投影接觸面積A_s。基于棱錐形刀頭接觸面積經驗公式，結合劃片工序中的加工方法以及刀頭轉角，接觸面積A_s表示為：

式中：n為擬合系數；ω為刀頭偏轉角度。

(3)計算各向異性材料關鍵力學參數。基于廣義胡克定律，單位晶胞中材料的彈性模量E和泊松比μ分別由公式(4)和(5)計算得出。