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基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究

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杨海波, 胡明, 张伟, 张绪瑞, 李德军, 王明霞. 2007: 基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究, 物理学报, 56(7): 4032-4038. doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2007.07.064
引用本文: 杨海波, 胡明, 张伟, 张绪瑞, 李德军, 王明霞. 2007: 基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究, 物理学报, 56(7): 4032-4038. doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2007.07.064
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Yang Hai-Bo, Hu Ming, Zhang Wei, Zhang Xu-Rui, Li De-Jun, Wang Ming-Xia. 2007: Nanoindentation investigation of the hardness and Young's modulus of porous silicon depending on microstructure, Acta Physica Sinica, 56(7): 4032-4038. doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2007.07.064
Citation: Yang Hai-Bo, Hu Ming, Zhang Wei, Zhang Xu-Rui, Li De-Jun, Wang Ming-Xia. 2007: Nanoindentation investigation of the hardness and Young's modulus of porous silicon depending on microstructure, Acta Physica Sinica, 56(7): 4032-4038. doi: 10.3321/j.issn:1000-3290.2007.07.064
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基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究

  • 天津大学电子信息工程学院,天津,300072

  • 天津师范大学物理与电子信息学院,天津,300074

Nanoindentation investigation of the hardness and Young's modulus of porous silicon depending on microstructure

  • 摘要: 采用电化学腐蚀制备多孔硅,利用场致发射扫描式电子显微镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)观测多孔硅的二维微观形貌,利用Nano Indenter XP中的纳米轮廓扫描仪组件(nano profilometry,NP)得到其三维拓扑分析图像,分析了微观结构差异的原因并讨论了多孔硅内部微观结构对其机械性能的影响;利用MTSNano Indenter-XP纳米压入测量仪器,研究了多孔硅的显微硬度和杨氏模量随压入深度的变化规律,比较了不同孔隙率多孔硅的机械性能差别.实验结果测得40mA/cm2,60mA/cm2,80mA/cm2和100mA/cm2四个不同腐蚀电流密度条件下制备多孔硅样品的孔隙率在60%-80%范围内,孔隙率随着腐蚀电流密度的增加而增大;在氢氟酸(HF)浓度为20%的条件下制备出多孔硅样品的厚度在40μm-50μm范围内;测得多孔硅的平均硬度、平均杨氏模量分别在0.478GPa-1.171 GPa和10.912GPa-17.15 GPa范围内,并且其数值随腐蚀电流密度的增加而减小,在纳米硬度范围内随压入深度的增加而减小,在显微硬度范围内其数值保持相对恒定,分析了样品表面、厚度、微观结构,及环境对其机械性能的影响,得到了多孔硅力学性能随其微观尺度形貌的变化规律.
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出版历程
  • 刊出日期:  2007-07-30

基于纳米压痕法的多孔硅硬度及杨氏模量与微观结构关系研究

  • 天津大学电子信息工程学院,天津,300072
  • 天津师范大学物理与电子信息学院,天津,300074

摘要: 采用电化学腐蚀制备多孔硅,利用场致发射扫描式电子显微镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)观测多孔硅的二维微观形貌,利用Nano Indenter XP中的纳米轮廓扫描仪组件(nano profilometry,NP)得到其三维拓扑分析图像,分析了微观结构差异的原因并讨论了多孔硅内部微观结构对其机械性能的影响;利用MTSNano Indenter-XP纳米压入测量仪器,研究了多孔硅的显微硬度和杨氏模量随压入深度的变化规律,比较了不同孔隙率多孔硅的机械性能差别.实验结果测得40mA/cm2,60mA/cm2,80mA/cm2和100mA/cm2四个不同腐蚀电流密度条件下制备多孔硅样品的孔隙率在60%-80%范围内,孔隙率随着腐蚀电流密度的增加而增大;在氢氟酸(HF)浓度为20%的条件下制备出多孔硅样品的厚度在40μm-50μm范围内;测得多孔硅的平均硬度、平均杨氏模量分别在0.478GPa-1.171 GPa和10.912GPa-17.15 GPa范围内,并且其数值随腐蚀电流密度的增加而减小,在纳米硬度范围内随压入深度的增加而减小,在显微硬度范围内其数值保持相对恒定,分析了样品表面、厚度、微观结构,及环境对其机械性能的影响,得到了多孔硅力学性能随其微观尺度形貌的变化规律.

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