【其他论文】仪器化压痕与划痕试验测定 β-Ga₂O₃ 单晶的微观力学性能

        由无锡商业职业技术学院联合江南大学的研究团队在学术期刊 ECS Journal of Solid State Science and Technology 发布了一篇名为Micromechanical Properties of β-Ga₂O₃ Single Crystal By Instrumented Indentation and Scratch Tests（仪器化压痕与划痕试验测定 β-Ga₂O₃ 单晶的微观力学性能）的文章。

摘要

        氧化镓（β-Ga₂O₃）作为具有代表性的第四代半导体材料，展现出卓越的物理特性。然而，由于其固有的可劈裂性，实现 β-Ga₂O₃ 晶体的高质量晶圆表面具有挑战性。为该类易劈裂材料的表面加工提供理论指导，本研究通过整合第一性原理计算与纳米压痕/微划痕测试，系统探究了 β-Ga₂O₃ 晶体的微/纳米力学特性。通过第一性原理计算分析 β-Ga₂O₃ 的原子结构与解理行为，发现 [GaO₆] 八面体比 [GaO₄] 四面体更易断裂，这解释了为何解理剥离现象发生在 (100)A 和 (100)B 晶面上。通过将第一性原理计算获得的弹性参数与纳米压痕实验结果结合，得到以下数值：剪切模量 (G) 为 76 ± 13 GPa， 体积模量 (B) 为 168.5 ± 0.5 GPa，弹性模量 (E) 为 197.5 ± 28.5 GPa，硬度 (H) 为 8.5 ± 2.5 GPa，泊松比 (v) 为 0.305 ± 0.025。基于纳米压痕能量分析、线弹性断裂力学（LEFM）理论及三种不同的等效应变能密度（ESEL）理论，计算得 β-Ga₂O₃ 晶体的断裂韧性（K_c）约为 1.87 MPa·m^1/2。其中基于 LEFM 理论推导的 K_c 计算方法特别适用于易剥离的脆性晶体材料。

原文链接：

https://doi.org/10.1149/2162-8777/ae4b68