定向凝固多晶硅在微纳尺度下的力学性能研究

黄哲远^1,2,3，王文先^1,2,3，闫志峰^1,2,3，张婷婷^1,2,3

1. 太原理工大学材料科学与工程学院2. 新材料界面科学与工程教育部重点实验室3. 先进镁基材料山西省重点实验室

摘 要：采用纳米压痕测试系统测试了定向凝固多晶硅沿晶体生长方向横/纵截面的硬度与弹性模量,分析了其受组织各向异性影响的变化规律。使用连续刚度方法借助玻氏压头采集压痕开裂前的硬度与弹性模量,并测量压痕开裂后裂纹尖端到压痕中心点的距离,一次性计算出材料的断裂韧性,避免了开裂对硬度以及弹性模量的影响。结果表明:横截面(110)面的硬度与弹性模量均低于纵截面(111)面,但断裂韧性呈现相反趋势。借助3D原位扫描功能扫描压痕裂纹的三维形貌,发现裂纹主要由剪切滑移台阶所形成。拟合不同载荷下的裂纹长度以及压痕尺寸得出临界压痕尺寸,该值与运用理论推导得出的临界压痕尺寸的结果一致。

关键词：纳米压痕测试系统;多晶硅;断裂韧性;临界压痕尺寸;定向凝固;