氧化锌残余应力拉曼光谱测量技术研究

发布时间：2017-04-06 07:14

  本文关键词：氧化锌残余应力拉曼光谱测量技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：氧化锌是一种具有带隙宽、激子束缚能高、热化学性质稳定等优点的第三代半导体材料,在光电、压电、气敏、压敏方面具有广阔的应用前景。然而,制备和加工工艺常常在氧化锌材料内部引入残余应力,从而影响器件的性能及可靠性。因此,在氧化锌构件的加工与制造过程中,精确的测量和控制器件中的残余应力显得尤为重要。微拉曼光谱法是一种有效的应力测量技术,目前应用于氧化锌材料的应力测量中均是假定结构处于单轴或等双轴应力状态,但许多实际情况下,剪应力分量对结构的可靠性起着决定性作用。本文针对上述微拉曼光谱技术在氧化锌残余应力测量中应用的问题,开展了氧化锌材料残余应力拉曼测量技术的研究。本文建立了氧化锌材料的拉曼应力测量技术理论,推导出了氧化锌材料的拉曼频移-应力分量解析关系式。同时,实验测量了氧化锌材料的A1(TO)、E1(TO)、E2(low)和E2(high)四种振动模的拉曼频移-应力系数,从而给出了σ、σ、σ或σ、σ、σ应力分量与拉曼频移之间的定量关系式。研制了一套微拉曼光谱仪显微镜载物台用拉/压加载装置,实现了对样品进行位移、力载荷传感和显示的同时进行拉曼散射光谱信息的采集。提出了一种运用拉曼光谱仪测量纤锌矿晶体欧拉角的方法。基于纤锌矿晶体的偏振特性,推导了应用拉曼光谱法进行欧拉角测量的解析关系式,给出了具体的测量方法,并实现了氧化锌晶体的拉曼张量常量和欧拉角的测量。结果表明,纤锌矿晶体的各拉曼模的强度与欧拉角存在三角函数的关系,可以通过拟合测量的拉曼强度与φ的关系曲线得到拉曼张量常量和欧拉角中φ、的值;各模的拉曼强度与入射光的偏振方向存在着三角函数的关系,可用于欧拉角中的测量。应用实验证明,该方法能够有效地实现纤锌矿晶体欧拉角的测量。使用微拉曼光谱法对单晶氧化锌三角形压痕周围的残余应力分布进行了测量与分析。采用拉曼扫描成像技术得到了氧化锌压痕周边区域的拉曼频移、半高宽、峰强等拉曼信息。结果表明,平行于[0001]方向压痕的边界呈现向压痕外部的凸弯曲,另外两压痕周边平行于[1100]方向的对称轴处发生堆积,这可能是由于Zn O晶体[0001]方向的硬度比[1100]方向大一倍导致的;压痕堆积处存在压缩正应力。
【关键词】：氧化锌 拉曼光谱 残余应力 欧拉角
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.37;TN304.21
【目录】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题的研究背景及意义9-11
• 1.1.1 ZnO的性质及应用9
• 1.1.2 ZnO应用中的残余应力问题9-11
• 1.2 微拉曼光谱应力测量技术的研究现状11-12
• 1.3 本文主要工作12-13
• 第2章 氧化锌的拉曼频移—应力分量关系式推导13-22
• 2.1 拉曼散射13-14
• 2.2 ZnO的晶体结构和晶格动力学性质14-16
• 2.3 ZnO的横观各向同性力学模型16-17
• 2.4 ZnO的拉曼频移—应力分量关系式17-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 氧化锌的拉曼频移—应力系数确定22-35
• 3.1 拉压加载装置的设计与加工22-23
• 3.1.1 装置的设计、加工与装配22-23
• 3.1.2 装置的参数及使用23
• 3.2 材料及试样23-26
• 3.2.1 晶体坐标系与实验坐标系的关系24
• 3.2.2 ZnO样品的晶向24-25
• 3.2.3 ZnO样品的制备25-26
• 3.3 拉曼偏振配置选择26-28
• 3.4 ZnO拉曼模测量实验28-30
• 3.5 拉曼频移—应力系数测量实验30-33
• 3.5.1 实验参数及过程30-31
• 3.5.2 实验结果31-33
• 3.6 本章小结33-35
• 第4章 晶体欧拉角的拉曼测量方法35-43
• 4.1 引言35
• 4.2 理论分析35-39
• 4.2.1 欧拉角的定义35-36
• 4.2.2 欧拉角与拉曼强度的关系36-39
• 4.3 欧拉角测量实验39-40
• 4.4 结果与讨论40-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第5章 氧化锌残余应力场的拉曼测量与分析43-51
• 5.1 纳米压痕实验43-45
• 5.2 拉曼Mapping扫描实验45-46
• 5.3 结果与讨论46-50
• 5.4 本章小结50-51
• 第6章 总结与展望51-53
• 6.1 总结51
• 6.2 展望51-53
• 附录53-63
• Ⅰ 六方晶系密勒指数与取向欧拉角的关系换算53-56
• Ⅱ 拉曼数据批处理的Matlab程序56-60
• III拉曼Mapping数据处理流程60-61
• IV拉/压加载装置零件图61-63
• 参考文献63-69
• 致谢69-70
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文70

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本文编号：288469