氧化锌残余应力拉曼光谱测量技术研究

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1、硕士学位论文氧化锌残余应力拉曼光谱测量技术研究RamanSpectroscopyResidualStressMeasurementMethodforZnO作者姓名：刘武导师（职称）：李秋副教授学科（专业）：机械电子工程提交论文日期：2016年1月分类号：学校代码：10066密级：学号：03M080213007氧化锌残余应力拉曼光谱测量技术研究RamanSpectroscopyResidualStressMeasurementMethodforZnO作者姓名：刘武导师（职称）：李秋副教授一级学科：机械工程学科（专业）：机械

2、电子工程年级：2013级提交论文日期：2016年1月学位授予单位：天津职业技术师范大学i独创性声明声明：本人所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津职业技术师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津职业技术师范大学有关保留、使用学

3、位论文的规定，特授权天津职业技术师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，允许论文被查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日ii中文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

4、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(l

5、ow)和E2(high)四种振动模的拉曼频移-应力系数，从而给出了σ௫௫、σ௬௬、σ௫௬或σ௭௭、σ௫௫、σ௫௭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φ存在三角函数

6、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、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θ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ZnO晶体[00

7、01]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iiiAbstractZincOxide(ZnO)isthethird-generationsemiconductormaterialswithwidebandgap,highexcitonbindingenergy.Atthesametime,ithasfoundwideextensiveapplicationprospectsinmanyareas,suchaspiezoelectrics,gassen

8、sorandpressure-sensitivesensor.Nevertheless,residualstressesalwaysintroducedintoZnOwhenthematerialproduced.SuchresidualstressesmayaffectZnOstructureanddevicesp