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LAwave杨氏模量无损测量系统

杨氏模量

无损测量系统

杨氏模量定义

LAwave杨氏模量无损测量系统

——薄膜杨氏模量、密度、厚度测量


LAwave杨氏模量无损测量系统,技术源于德国Fraunhofer IWS研究所。利用激光脉冲在薄膜或材料表面激发起表面声波,表面声波在不同材料中的传播速度不同,可以通过检测表面声波的波速实现对薄膜或者材料硬度(杨氏模量/弹性模量)、密度和膜厚的测量。


LAwave薄膜杨氏模量无损测量系统

LAwave薄膜杨氏模量无损测量系统


表面声波波速的色散关系由薄膜与衬底的弹性模量(杨氏模量)、密度和厚度决定。将声波探测器探测声波波速的色散关系与理论模型计算的色散关系对比,就可以得出薄膜的杨氏模量、密度和厚度等信息。LAwave也可以测量表面有微结构的薄膜和非均匀结构薄膜。


杨氏模量测量原理示意图

杨氏模量测量原理示意图


主要特性:


  • 无损测量薄膜的厚度可以从几纳米到几百微米
  • 检测材料范围广,从聚合物到金刚石
  • 操作简单方便,测量速度快
  • 最小检测面积:5x15mm
  • 可测量多孔薄膜,表面有微纳结构的薄膜
  • 国际认证测量结果


主要应用领域:


  • 超薄超硬薄膜--防护评估
  • 多孔聚合物薄膜--杨氏模量、密度优化
  • 热喷涂涂层--空隙形态评估
  • 半导体、LED、光伏产业晶圆片--亚表面损伤探测


测试结果展示:


杨氏模量测量:不同硬度薄膜的波速色散关系曲线

不同硬度薄膜的波速色散关系曲线


杨氏模量测量:拟合参数和拟合曲线的关系

拟合参数和拟合曲线的关系


杨氏模量测量:不同孔隙率的薄膜

不同孔隙率的薄膜


使用LAwave对半导体晶片的表面损伤进行检测

晶圆片的表面损伤检测。图中所示的分别是刚切割完、经过打磨、以及打磨结束,不同状态下测量得到的晶片表面声波色散曲线。


更多信息,请查看网站:

http://www.iws.fraunhofer.de/en/business_fields/pvd_nanotechnology/carbon_coatings/technologies/lawave.html


杨氏模量定义


杨氏模量是描述固体材料抵抗形变能力的物理量。


当一条长度为L、截面积为S的金属丝在力F作用下伸长ΔL时,F/S叫应力,其物理意义是金属丝单位截面积所受到的力;ΔL/L叫应变,其物理意义是金属丝单位长度所对应的伸长量。ΔL是微小变化量。


应力与应变的比叫弹性模量。


杨氏模量(Young's modulus),又称拉伸模量(tensile modulus)是弹性模量(elastic modulus or modulus of elasticity)中最常见的一种。杨氏模量衡量的是一个各向同性弹性体的刚度(stiffness), 定义为在胡克定律适用的范围内,单轴应力和单轴形变之间的比。


与弹性模量是包含关系,除了杨氏模量以外,弹性模量还包括体积模量(bulk modulus)和剪切模量(shear modulus)等。


杨氏模量,它是沿纵向的弹性模量,也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理学家托马斯·杨(ThomasYoung,1773-1829)所得到的结果而命名。根据胡克定律,在物体的弹性限度内,应力与应变成正比,比值被称为材料的杨氏模量,它是表征材料性质的一个物理量,仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性,杨氏模量越大,越不容易发生形变。


杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一,是工程技术设计中常用的参数。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义,还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。


杨氏模数(Young's modulus )是材料力学中的名词,弹性材料承受正向应力时会产生正向应变,定义为正向应力与正向应变的比值。公式记为 E = σ / ε 其中,E 表示杨氏模数,σ 表示正向应力,ε 表示正向应变。杨氏模量大, 说明在压缩或拉伸材料时,材料的形变小。

 

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