OBSERVATION OF PHASE TRANSITIONS FEATURES IN SILICON AT HIGH LOCAL PRES-SURE UNDER INDENTATION
https://doi.org/10.17073/1609-3577-2012-1-17-21
Abstract
Instrumented indentation is a very promising technique for studying structural phase transitions in crystalline materials such as silicon.In the present work silicon samples with different crystallographic orientations and doping rates were investigated using indentation with a pyramid indentor of Berkovich type. For studying the electrical properties the indentor was made of semiconductor boron−doped single crystalline diamond. For verification of structural transitions in silicon Raman spectroscopy technique was applied.Electrical current through the contact area under the indentor was measured simultaneously with recording the mechanical response of the material during the indentation process. It is shown that variation in current value gives additional information about the conditions of contact between the indentor and the sample surface. The influence of variations in resistivity and contact area on the measured electrical current value is discussed.
About the Authors
S. V. Prokudin
Technological Institute of Superhard and New Carbon Materials
Russian Federation
Russian Federation
стажер−исследователь, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов» (ФГБНУ ТИСНУМ), 142190, г. Троицк, ул. Центральная, д. 7а.
A. S. Useinov
Technological Institute of Superhard and New Carbon Materials
Russian Federation
Russian Federation
канд. физ.−мат. наук, заведующий отделом, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов» (ФГБНУ ТИСНУМ), 142190, г. Троицк, ул. Центральная, д. 7а.
References
1. Лебеденко, И. Ю. Исследование наномеханических свойств зубной эмали / И. Ю. Лебеденко, С. Д. Арутюнов, С. А. Муслов, А. С. Усеинов // Кафедра. − 2009. − № 32. − С. 24—28.
2. Усеинов, А. Механические свойства сверхтонких углеродных алмазоподобных покрытий / А. Усеинов, К. Гоголинский // Наноиндустрия. − 2010. − № 5. − С. 54—56.
3. Гоголинский, К. В. Оценка изгибной жесткости и деформации микроразмерных исполнительных элементов устройств микросистемной техники / К. В. Гоголинский, А. А. Жуков, А. В. Капустян, В. А. Королева, А. С. Усеинов // Нано− и микросистемная техника. − 2011. − № 1. − С. 39—42.
4. Domnic, V. Phase transformations in silicon under contact loading / V. Domnic, Y. Gogotsi // Reviewers on advanced materials science. − 2002. − N 3. − P. 1—36.
5. Усеинов, А. С. Измерение модуля Юнга сверхтвердых материалов с помощью сканирующего зондового микроскопа «НаноСкан» / А. С. Усеинов // Приборы и техника эксперимента. − 2004. − № 1. − С. 134—138.
6. Useinov, A. Mutual consistency of hardness testing at micro− and nanometer scales / A. Useinov, K. Gogolinskiy, V. Reshetov // International journal of materials research. − 2009. − N 7. − С. 968.
7. Усеинов, А. С. Измерение механических свойств методом царапания / А. С. Усеинов, С. С. Усеинов // Наноиндустрия. − 2010. − № 6. − С. 28—30.
8. Гоголинский, К. В. Измерения твердости в субмикро− и нанометровом диапазонах линейных размеров / К. В. Гоголинский, В. Н. Решетов, А. С. Усеинов // Мир измерений. − 2010. − № 8. − С. 41—47.
9. Гоголинский, К. В. Об унификации определения твердости и возможности перехода при ее измерении к размерным величинам / К. В. Гоголинский, В. Н. Решетов, А. С. Усеинов // Измерительная техника. − 2011. − № 7. − С. 28—34.
10. Сошников, А. И. Исследование и модифицирование полупроводниковых структур алмазными токопроводящими зондами / А. И. Сошников // Нанотехника. − 2008. − Т. 3, вып. 15. − C. 72—76.
11. ISO 14577:1−4 2002. Metallic materials − Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1, − Geneva: International organization for standardization, 2002.
12. Булычев, С. И. Метод кинетической твердости и микро-твердости в испытаниях вдавливанием индентором / С. И. Булычев, В. П. Алехин // Заводская лаборатория. − 1987. − № 11. − С. 76—79.
13. Oliver, W. C. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology / W. C. Oliver, G. M. Pharr // J. Mater. Res. − 1992. − V. 7, N 6. − P. 1564—1583.
14. Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия / К. Джонсон. − М. : Мир, 1989. − 506 с.
15. Tonkov, E. Phase transformation of elements under high pressure / E. Tonkov, E. G. Ponyatovsky. − Boca−raton : CRC Press, 2005. − P. 385.
16. Rao, R. Patterning of silicon by indentation and chemical etching / R. Rao, J. E. Bradby, J. S. Williams // Appl. Phys. Lett. − 2007. − N 3. − P. 1—3.
17. Gogotsi, Y. G. Phase transformations in materials studied by micro−Raman spectroscopy of indentations / Y. G. Gogotsi, A. Kailer, K. G. Nickel // Mater. Res. Inovations. − 1997. − N 1. − P. 3—9.
18. Kailer, A. Phase transformations of silicon caused by contact loading / A. Kailer, Y. G. Gogotsi, K. G. Nickel // J. Appl. Phys. − 1997. − № 7. − P. 3057—3063.
19. Mann, A. B. Contact resistance and transformations during nanoindentation of silicon / A. B. Mann, D. van Heerden, J. B. Pethica, P. Bowes, T. P. Weihs // Philosophical Mag. A. − 2002. − N 10. − P. 1921—1929.
20. Горелик, С. С. Материаловедение полупроводников и диэлектриков / С. С. Горелик, М. Я. Дашевский. − М. : МИСиС, 2003. − 480 c.
Review
For citations:
Prokudin S.V., Useinov A.S. OBSERVATION OF PHASE TRANSITIONS FEATURES IN SILICON AT HIGH LOCAL PRES-SURE UNDER INDENTATION. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2012;(1):17-21. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2012-1-17-21
Views:
867
Email this article 