[發明專利]一種體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法

在審

• 申請號: 202210179190.2
• 申請日: 2022-02-25
• 公開（公告）號: CN114509457A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 謝雪健;胡小波;陳秀芳;彭燕;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01N23/20008
• 分類號: G01N23/20008;G01N23/207
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 劉靜

1.一種體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，包括：

將待檢測的體塊SiC單晶樣品表面進行定向操作，獲取SiC樣品表面的晶面；

對獲取的所述SiC樣品表面的晶面進行中子衍射測試，得到測試結果；

將所述測試結果中的衍射峰與晶型相同的無應力晶體中對應晶面的衍射峰進行比較，得到SiC晶體不同方向上的應變值，并通過坐標轉換得出樣品坐標系中的應變張量，最后計算出所述體塊SiC單晶中的應力大小與分布。

2.根據權利要求1所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，對所述體塊SiC單晶樣品表面進行定向操作的過程中，選用X射線衍射定向儀進行定向操作，其中所述體塊SiC單晶直徑范圍為2英寸～8英寸，單晶厚度不小于5mm。

3.根據權利要求1所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，所述中子衍射測試中的中子衍射模式為常波長中子衍射模式或者飛行時間中子衍射模式。

4.根據權利要求3所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，進行所述中子衍射測試時，在SiC單晶進行單點或逐點測試，且進行所述中子衍射測試的線性獨立晶面不少于六個，不同晶面之間滿足線性獨立的要求，進行中子衍射的晶面布拉格角θ_B為20°≤θ_B≤145°。

5.根據權利要求4所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，所述中子衍射測試中衍射強度使用狹縫或積分時間進行調節；其中，入射狹縫、出射狹縫的寬度為0.5～10mm，積分時間為0.001s～5s，所述入射狹縫、出射狹縫的形狀根據衍射體積進行確定，所述中子衍射測試在試驗坐標系Y1-Y2-Y3中進行。

6.根據權利要求5所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，結合布拉格衍射公式，將所述測試結果中的衍射峰與無應力晶體中對應晶面的衍射峰進行比較，計算出所述試驗坐標系中衍射晶面方向上的應變張量并根據晶體物理中的坐標變換原則，計算出樣品坐標系中的應變張量

7.根據權利要求6所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，所述試驗坐標系中衍射晶面方向上的應變張量的計算方法如下式(1)：

其中，d₀為衍射面無應變時的晶面間距，為發生應變后的晶面間距，Δθ為無應力SiC樣品與待檢測SiC樣品中子衍射峰位差，θ_B為無應力SiC樣品中子衍射峰位。

8.根據權利要求7所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，根據晶體物理中二階張量在新、舊坐標系中的變換原則，所述應變張量在樣品坐標系X1-X2-X3中表示為：

其中，a_3k，a_3l分別為坐標軸Y3與X1-X2-X3各坐標軸的夾角余弦，為在樣品坐標系X1-X2-X3下的各應變分量。

9.根據權利要求7所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，通過二階應變張量ε_kl與四階彈性勁度系數張量C_ijkl，計算體塊SiC單晶中的應力張量σ_ij；

其中所述樣品坐標系中二階應變張量ε_kl的計算步驟包括：

將所述計算得到的樣品坐標系中的應變張量通過坐標變換原則，得到應力坐標系中的應變張量ε_kl(k,l＝1，2，3)，變換表達式為：

其中，b_ij代表應力坐標系M1-M2-M3與樣品坐標系X1-X2-X3各軸夾角的方向余弦，其中i,j＝1,2,3。

10.根據權利要求1所述的體塊碳化硅單晶內部應力檢測方法，其特征在于，根據胡克定律，計算體塊SiC單晶中的應力張量：

按照晶體物理學中的規定，對應力張量和應變張量均采用了簡化下標的表達方法，其中，應力張量：σ₁₁＝σ₁，σ₂₂＝σ₂，σ₃₃＝σ₃，σ₂₃＝σ₃₂＝σ₄，σ₁₃＝σ₃₁＝σ₅，σ₁₂＝σ₂₁＝σ₆；彈性勁度常數：C_ij為SiC單晶不同方向的彈性勁度系數；應變張量：ε₁₁＝ε₁，ε₂₂＝ε₂，ε₃₃＝ε₃，