连续刚度法对单晶硅片的力学性能的表征

利用纳米压痕仪通过连续刚度测量法对单晶硅片在压入过程中的接触刚度、硬度、弹性模量进行了连续测量。结果表明:当接触深度在20～32nm左右时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成直线关系,硬度和弹性模量基本保持不变,此时所测得的是单晶硅片表面氧化层的硬度和弹性模量,分别约为10.2 GPa和140.3 GPa。当接触深度在32～60nm左右时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成非直线关系,硬度和弹性模量随接触深度急剧增加,表明单晶硅片表面氧化层的硬度和弹性模量受到了基体材料的影响。当接触深度在60nm以上时,单晶硅片的接触刚度与接触深度成直线关系,硬度和弹性模量基本保持不变,测得值为单晶硅的硬度和弹性模量,分别约为12.5GPa和165.6GPa。

不同摩擦偶件对单晶硅摩擦磨损行为影响的对比研究

对比研究Al2O3和玛瑙球对单晶硅摩擦磨损行为的影响。结果表明:单晶硅与Al2O3和玛瑙球对摩时,摩擦因数均随滑动速度的增加而降低,二者与单晶硅对摩时的摩擦因数相差很小;与Al2O3和玛瑙球对摩时,单晶硅的磨损体积损失均随滑动速度的增加而减小;在相同实验条件下,与Al2O3球对摩时;单晶硅的磨损体积损失明显大于与玛瑙球对摩时的。单晶硅与Al2O3和玛瑙球对摩的磨损机制基本相同:低速下以微断裂和塑性变形为主,高速下以较光滑表面为特征,即存在"速度效应"。相比于Al2O3与单晶硅对摩时,玛瑙与单晶硅对摩时的单晶硅磨损表面更光滑,主要与Al2O3、玛瑙及单晶硅的物理力学性能有关,尤其与材料的硬度有关。