Al_2O_3陶瓷衬底碳离子预注入对金刚石薄膜应力的影响研究

通过对Al2 O3陶瓷衬底进行碳离子预注入 ,大大降低了Al2 O3陶瓷衬底上金刚石薄膜的应力 ,且金刚石薄膜中的压应力随碳离子注入剂量的增加而线性下降 .通过对Al2 O3陶瓷衬底注入前后的对比分析表明 ,高能量的碳离子注入Al2 O3陶瓷衬底以后 ,并没有产生过渡层性质的新相 ,而是大量累积在Al2 O3晶格的间隙位 ,使Al2 O3晶格发生畸变 .而且 ,随着碳离子注入剂量的增加 ,Al2 O3基体内晶格畸变加剧 ,注入层残余压应力也随之上升 .当金刚石薄膜沉积以后 ,在降温的过程中衬底这部分残余应力得到释放 。

Al_2O_3衬底上GaN薄膜热应力和变形极差分析

建立了氮化镓(Ga N)薄膜和氧化铝(Al2O3)衬底三维有限元模型模拟因两种材料热膨胀系数不同导致的温度应力和变形。进行了不同沉积温度、Ga N薄膜厚度、Al2O3衬底厚度和直径下的薄膜热应力和变形模拟正交实验。定量分析了各因素对薄膜热应力和边缘变形的影响,确定了使薄膜热应力和边缘变形最小的最佳因素水平组合。薄膜应力理论和数值解相差小于1.4%,建立的有限元模型可以用于薄膜应力和变形的分析。影响Ga N薄膜热应力的因素次序为沉积温度、Ga N薄膜厚度、Al2O3衬底厚度、衬底直径,最佳因素水平组合为A1B3C3D1。影响Ga N薄膜边缘变形的因素次序为Al2O3衬底直径、Ga N薄膜厚度、Al2O3衬底厚度、沉积温度,最佳因素水平组合为A1B3C1D3。

蓝宝石基GaN薄膜热疲劳分析

首先建立了数值模型分析工作中LED芯片的界面剪应力,根据线性累积损伤理论、Ga N薄膜和Al2O3衬底的S-N曲线及随季节变化的载荷谱,确定了Ga N薄膜的疲劳损伤系数。分析了温度载荷、芯片尺寸、衬底和薄膜厚度对薄膜热疲劳的影响。Ga N薄膜和Al2O3衬底的S-N曲线为单对数线性关系。LED芯片应力谱分析表明夏季交变应力载荷最大,春秋次之,冬季最小。Ga N薄膜剪应力数值和理论解相差6.3%,建立的数值模型可用于LED芯片疲劳寿命分析。LED芯片寿命主要由Ga N薄膜决定。Ga N薄膜的最大剪应力和疲劳损伤系数随薄膜厚度和温度载荷增加,与芯片尺寸和衬底厚度无关,衬底的疲劳损伤系数不随上述因素变化。数值模型预测LED芯片疲劳寿命接近标称的LED灯具寿命。