[其他]一種單晶材料的抗彎曲強度機械測量裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85201254
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85201254U
• 公開（公告）日: 1986-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 顧孝義;宗祥福
• 申請（專利權(quán)）人: 復旦大學
• 主分類號: G01N3/20
• 分類號: G01N3/20
• 代理公司: 復旦大學專利事務所
• 代理人: 王福新

本實用新型屬于利用機械應力研究固體材料強度的測量裝置。（國際專利分類為G01N3／OO）。

已有技術狀況：在半導體器件生產(chǎn)過程中，由于單晶片的彎曲變形而造成成品率下降的情況，隨著硅片直徑的增大而日趨嚴重。人們迫切希望在投料之前，預先了解硅片等單晶材料的抗彎曲強度，以便減少不必要的損失。目前生產(chǎn)上使用的硅單晶是一種各向異性材料。在集中力作用下，不同晶向的硅片有不同的力的分布。即使是相同晶向的硅片，其力的分布也會因支點的變化而異。直到提出本實用新型為止，現(xiàn)有的晶體材料抗彎曲強度測試方法都是借助于材料力學中各向同性材料的測試方法。如日本學者Miyazaki在《SEMICON－DUCTOR????SILICON》P.223～230。（1980年版）雜志上介紹的就是采用條狀樣品（如附圖1）。三點簡支。中心自上而下施加直線狀集中力。圖1所示的裝置有以下四點局限性：1.只能適用于各向同性的材料。而目前生產(chǎn)中使用的多數(shù)是各向異性材料。2.在取樣方式上，要從原始的大圓片單晶上截取條狀樣品。切割后的單晶截面會造成平滑或不平滑的沿晶向分開的解理面。形成如圖2所示的ABCD平行四邊形。Miyazaki所要求的ABCD應為矩形。若再進行研磨加工，又會引進新的機械損傷與位錯源，影響測量精度。3.采用砝碼加載，不能形成連續(xù)性載荷測量。4.由圖1所示需配置一套激光掃描與計算機控制系統(tǒng)，既不經(jīng)濟使用又不方便。

本實用新型的目的在于針對上述測試裝置的局限性，提出一種能直接測量各向異性的原始單晶大圓片的抗彎曲強度的機械裝置。重點改進取樣方式和對樣品加載受力的方向。并通過一套簡便的加載機構(gòu)，在測量中可同時獲得單晶片所承受的載荷量及相應的硅片中心點的位移量。

如圖3所示：本實用新型在外觀上看，為一個帶三個腳的金屬圓筒〔6〕。由樣品架、測力傳感器、加載機構(gòu)三部分組成。其中〔1〕為一個內(nèi)壁有螺紋的金屬圓環(huán)。一個帶有外螺紋的內(nèi)卡圈〔2〕施放在其內(nèi)，這樣〔1〕與〔2〕可將樣品圓片夾在中間。樣品架〔1〕上等距離地開有24個螺紋孔。另外調(diào)節(jié)樣品支點的螺釘〔16〕通過螺紋孔以調(diào)節(jié)不同支點的位置。使硅單晶片與樣品架的接觸呈三點式、四點式、多點式或圓周式。以適應測量和研究各種各向異性的或各向同性的單晶材料需要。樣品架〔1〕通過螺釘固定在圓筒上蓋〔4〕上。

圖3所示的中部為一個測力傳感器機構(gòu)。它包括傳感器扁環(huán)〔7〕″T″型上導向器〔5〕，上加載絲桿〔3〕。″T″型下導向器〔9〕。下加載絲桿〔8〕等部件。傳感器〔7〕選用具有彈性的合金材料做成，如Cr40合金材料，彈簧鋼，合金鋁等。圖5所示傳感器〔7〕的兩端呈薄壁圓環(huán)。環(huán)的內(nèi)壁半徑R₁₁＝11毫米，外壁半徑R₁₂＝12毫米。兩環(huán)圓心間距為56毫米扁環(huán)的上側(cè)中央有一個螺紋孔M5。扁環(huán)下側(cè)中央呈凹球面。半徑R＝25MM。扁環(huán)〔5〕兩端的圓環(huán)中心各開一個直徑不大于4毫米的小孔，在小孔的內(nèi)、外側(cè)，孔的附近各粘貼一片箔式電阻應變片〔15〕，并將四片電阻應變片連結(jié)成橋路結(jié)構(gòu)（如圖4所示）。其接線從圓筒壁〔6〕一側(cè)內(nèi)引出。傳感器橫向長度一般不應小于被測圓片直徑的三分之一以上參考尺寸可適用于φ75－100毫米的圓片單晶材料。

加載測力機構(gòu)是通過傳感器對待測樣品在中心連續(xù)加載壓力的機構(gòu)。它包括圖3下部的加載齒輪〔12〕。當加載齒輪〔12〕向上旋進時下加載絲桿〔8〕的上端的凸球面。與測力傳感器〔7〕下側(cè)中央的凹球面正好相吻合。絲桿〔8〕的外螺紋與加載齒輪〔12〕的內(nèi)螺紋構(gòu)成差分結(jié)構(gòu)。下導向器〔9〕與下加載絲桿〔8〕之間實現(xiàn)同心配合。為保證加載齒輪在轉(zhuǎn)動時緩慢、正確地控制加載絲桿〔8〕的上下直線運動。在〔9〕的內(nèi)側(cè)，〔8〕的外側(cè)各開一個相等寬度和深度的凹槽。在凹槽內(nèi)嵌入一根銅絲。圓柱形的上加載桿〔6〕其上端是一錐體。頂端呈球面，使此桿〔6〕與樣品呈點接觸，下部為一個螺栓，與測力傳感器〔7〕上側(cè)的螺紋孔相連接。

需要注意的是，對于任何結(jié)構(gòu)的金屬傳感器，均應在完成加工后對其先進行″力——應變″曲線的標定工作。繪出各只具體金屬測力傳感器的″應變——力″曲線，以便測量時查對。