本發(fā)明屬于壓電半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓電半導(dǎo)體多場(chǎng)耦合斷裂失效實(shí)驗(yàn)研究方法。

一種壓電半導(dǎo)體多場(chǎng)耦合斷裂失效實(shí)驗(yàn)研究方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體材料和壓電材料技術(shù)的快速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了一種兼有壓電性質(zhì)的半導(dǎo)體材料即壓電半導(dǎo)體，如CdS、CdSe、ZnO、AlN、GaN等。壓電半導(dǎo)體具有壓電材料和半導(dǎo)體材料雙重物理特性，還具有高熱導(dǎo)率、高電子飽和、高漂移速度和大臨界擊穿電壓等優(yōu)點(diǎn)，所以成為研制高頻大功率、耐高溫、抗輻照半導(dǎo)體微電子器件和電路的理想材料，在航空航天、軍事、衛(wèi)星通信、汽車、石油開采等領(lǐng)域得到了很高的重視，有著廣泛的應(yīng)用前景。

在電子器件的使用過程中，半導(dǎo)體器件失效占電子器件失效的一半以上，半導(dǎo)體器件失效通常是因?yàn)椴牧蟽?nèi)部的局部應(yīng)力超過了它們的最大額定值，特別對(duì)于目前技術(shù)前沿的壓電半導(dǎo)體器件，同樣存在較大失效率的問題，所以對(duì)壓電半導(dǎo)體材料的損傷失效性研究尤為重要。對(duì)壓電半導(dǎo)體材料失效機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究，可以提高壓電半導(dǎo)體器件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，有助于提高電子設(shè)備的可靠性，對(duì)加快壓電半導(dǎo)體器件的研制速度，提高壓電半導(dǎo)體器件的成品率和可靠性均具有重要的意義。我國(guó)近年來也在加強(qiáng)失效分析和失效機(jī)理方面的研究，并建立了一些專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，完善開展可靠性研究的基礎(chǔ)和條件。但目前的研究大多是基于失效分析與檢測(cè)技術(shù)、可靠性評(píng)價(jià)等發(fā)面來展開研究，而對(duì)于半導(dǎo)體器件的本征材料損傷機(jī)理與數(shù)理模型方面研究甚少，對(duì)于壓電半導(dǎo)體材料多場(chǎng)耦合環(huán)境下的斷裂失效研究更沒有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究方法。

一般而言，壓電半導(dǎo)體材料是脆性材料，在制造、極化和使用過程中，可能產(chǎn)生如裂紋、孔洞、夾雜等缺陷；在實(shí)際應(yīng)用過程中，壓電半導(dǎo)體器件往往需要承受嚴(yán)酷的環(huán)境條件，如機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)、電壓場(chǎng)和電流場(chǎng)等，同時(shí)電氣應(yīng)力、化學(xué)應(yīng)力、輻射應(yīng)力及其他因素都會(huì)致使壓電半導(dǎo)體器件表現(xiàn)出很強(qiáng)的非線性和大應(yīng)變，容易在缺陷附近出現(xiàn)力和電載荷的集中，在一定條件下會(huì)導(dǎo)致缺陷擴(kuò)展，最終造成壓電半導(dǎo)體器件的斷裂失效。

特別是壓電半導(dǎo)體，本身具備壓電性質(zhì)，在受力或者振動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生壓電電荷，對(duì)裂紋或缺陷的擴(kuò)展產(chǎn)生非常復(fù)雜的影響，因此實(shí)驗(yàn)研究壓電半導(dǎo)體本身極化方向、各應(yīng)力場(chǎng)以及耦合物理場(chǎng)對(duì)壓電半導(dǎo)體材料的斷裂失效機(jī)理，并總結(jié)出壓電半導(dǎo)體材料的斷裂失效數(shù)理模型，對(duì)壓電半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)具有十分重要的科學(xué)意義及實(shí)用價(jià)值。壓電半導(dǎo)體材料耦合了壓電材料和半導(dǎo)體材料雙重物理性質(zhì)，研究壓電半導(dǎo)體材料斷裂失效力學(xué)實(shí)驗(yàn)問題，需要在機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)、電流場(chǎng)、高電壓場(chǎng)及其耦合場(chǎng)加載環(huán)境下進(jìn)行；壓電半導(dǎo)體具備寬禁帶半導(dǎo)體的物理性質(zhì)，給壓電半導(dǎo)體提供超高電壓場(chǎng)加載技術(shù)和普通的壓電介電材料有很大區(qū)別，并且要求實(shí)驗(yàn)裝置具備極高的調(diào)節(jié)、存儲(chǔ)、記錄精度，還要考慮系統(tǒng)整體的絕緣性能，因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)加載裝置和加載絕緣環(huán)境都提出了很高的要求；然而目前還沒有針對(duì)壓電半導(dǎo)體材料這一斷裂失效機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研究方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題而提出了一種壓電半導(dǎo)體多場(chǎng)耦合斷裂失效實(shí)驗(yàn)研究方法；研究在機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)、電流場(chǎng)、高電壓場(chǎng)及其耦合場(chǎng)加載環(huán)境下壓電半導(dǎo)體材料的斷裂損傷和斷裂韌性，積累壓電半導(dǎo)體材料對(duì)于不同物理場(chǎng)環(huán)境的敏感程度，從而探索上述物理場(chǎng)對(duì)壓電半導(dǎo)體材料的損傷機(jī)理。

本發(fā)明為解決上述問題所采取的技術(shù)方案是：一種壓電半導(dǎo)體多場(chǎng)耦合斷裂失效實(shí)驗(yàn)研究方法，包括如下步驟：

步驟A：采用切口法使用金剛石刀具在壓電半導(dǎo)體試樣底面的正中間位置預(yù)制一個(gè)裂紋而制作成壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣，所述壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣為多個(gè)；

步驟B：將步驟A中部分壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣放在試驗(yàn)機(jī)的三點(diǎn)彎曲夾具上且裂紋朝下，然后在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的頂面加載機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

步驟C：將步驟A中部分壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的左右端面均鍍銀層，然后放在試驗(yàn)機(jī)的三點(diǎn)彎曲夾具上且裂紋朝下，同時(shí)浸沒在盛有二甲基硅油的實(shí)驗(yàn)盒內(nèi)，所述三點(diǎn)彎曲夾具采用絕緣材質(zhì)且具有相應(yīng)要求的強(qiáng)度和硬度；然后對(duì)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣加載不同的電流值和/或機(jī)械應(yīng)力值，進(jìn)行在電流場(chǎng)作用時(shí)、機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)和電流場(chǎng)共同耦合作用時(shí)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

步驟D：將步驟A中部分壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的左端面粘貼電絕緣性高的隔層薄膜，所述隔層薄膜采用聚四氟乙烯，在隔層薄膜左端面和壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的右端面均鍍銀層，然后放在試驗(yàn)機(jī)的三點(diǎn)彎曲夾具上且裂紋朝下，同時(shí)浸沒在盛滿二甲基硅油的實(shí)驗(yàn)箱盒內(nèi)，所述三點(diǎn)彎曲夾具采用絕緣材質(zhì)且具有相應(yīng)要求的強(qiáng)度和硬度；然后對(duì)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣加載不同的高電壓值和/或機(jī)械應(yīng)力值，進(jìn)行在高電壓場(chǎng)作用時(shí)、機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)和高電壓場(chǎng)共同耦合作用時(shí)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)。

進(jìn)一步，在步驟C和步驟D中所述實(shí)驗(yàn)箱盒為頂部開口的長(zhǎng)方體盒子，所述長(zhǎng)方體盒子的底面為聚四氟乙烯固體絕緣材料，長(zhǎng)方體盒子的前面為光學(xué)玻璃，長(zhǎng)方體盒子的另外三個(gè)側(cè)面為有機(jī)玻璃。

進(jìn)一步，所述步驟A中，所述壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣為長(zhǎng)L×寬W×高H的長(zhǎng)方體且壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的四條長(zhǎng)邊均為倒角，倒角為45°±5°，倒角長(zhǎng)度為C；按照不同裂紋長(zhǎng)度值的要求制作多個(gè)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣。

進(jìn)一步，所述步驟B中，試驗(yàn)機(jī)的壓頭的移動(dòng)采用位移控制和壓力閉環(huán)控制相結(jié)合的方式，包括如下步驟：

步驟B1：當(dāng)實(shí)驗(yàn)機(jī)的壓頭距離壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣頂面1毫米時(shí)，采用位移控制使得壓頭下移速度調(diào)為0.1毫米/分鐘，同時(shí)存儲(chǔ)位移加載數(shù)據(jù)；

步驟B2：當(dāng)實(shí)驗(yàn)機(jī)的壓頭接觸壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣頂面時(shí)，采用壓力閉環(huán)控制使得壓頭對(duì)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的壓力加載按照實(shí)驗(yàn)控制程序進(jìn)行，同時(shí)存儲(chǔ)壓力加載數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步，所述步驟C中，進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)和電流場(chǎng)共同耦合作用時(shí)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)，包括如下步驟：

步驟C1：首先使用線性調(diào)流電源在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的左右兩端加載多個(gè)電流值，每當(dāng)加載一個(gè)電流值時(shí)，在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的頂面加載機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

步驟C2：在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的頂面加載多個(gè)機(jī)械應(yīng)力值，每當(dāng)加載一個(gè)機(jī)械應(yīng)力值時(shí)，使用線性調(diào)流電源在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的左右兩端加載電流值進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

所述線性調(diào)流電源為遠(yuǎn)程控制調(diào)流電源，對(duì)輸出電流值及伴隨電壓值具有存儲(chǔ)、記錄、查詢功能。

進(jìn)一步，所述步驟D中，進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)和高電壓場(chǎng)共同耦合作用時(shí)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)，包括如下步驟：

步驟D1：首先使用高壓電源在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣左右兩端加載多個(gè)高電壓值，每當(dāng)加載一個(gè)高電壓值時(shí)，在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的頂面加載機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

步驟D2：在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的頂面加載多個(gè)機(jī)械應(yīng)力值，每當(dāng)加載一個(gè)機(jī)械應(yīng)力值時(shí)，使用高壓電源在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的左右兩端加載高電壓值進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

所述高壓電源為100kV遠(yuǎn)程智能操控電源，對(duì)輸出高電壓值具有存儲(chǔ)、記錄、查詢功能。

本實(shí)驗(yàn)方法旨在通過（1）在機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)、電流場(chǎng)、高電壓場(chǎng)及其耦合場(chǎng)加載時(shí)的壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；（2）同時(shí)在改變裂紋長(zhǎng)度的情況下，在機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)、電流場(chǎng)、高電壓場(chǎng)及其耦合場(chǎng)加載時(shí)的壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；從而得到大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出上述各個(gè)物理場(chǎng)加載環(huán)境下壓電半導(dǎo)體材料的斷裂失效機(jī)理并歸納出壓電半導(dǎo)體材料的斷裂失效數(shù)理模型，從斷裂損傷的角度研究壓電半導(dǎo)體材料的失效，對(duì)提高壓電半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)質(zhì)量具有十分重要的科學(xué)依據(jù)和實(shí)用價(jià)值。

附圖說明

圖1為制作壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的右視圖；

圖3為壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)裝置圖一；

圖4為壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)裝置圖二。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述。

一種壓電半導(dǎo)體多場(chǎng)耦合斷裂失效實(shí)驗(yàn)研究方法，包括如下步驟：

如圖1、圖2和圖3所示，步驟A：采用切口法使用金剛石刀具在壓電半導(dǎo)體試樣底面的正中間位置預(yù)制一個(gè)裂紋1而制作成壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2，所述壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2為多個(gè)；所述壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2為長(zhǎng)L×寬W×高H的長(zhǎng)方體且壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的四條長(zhǎng)邊均為倒角，其中，L≥18mm、L≥36mm或L≥45mm；W=3±0.1mm；H=4±0.1mm；倒角為45°±5°；倒角長(zhǎng)度為C=0.12±0.03mm，這種尺寸設(shè)計(jì)是為了有效避免機(jī)械應(yīng)力加載點(diǎn)和支撐點(diǎn)附近的應(yīng)力集中對(duì)裂紋1附近區(qū)域的干擾；其中，裂紋1的寬度不大于0.1mm；裂紋1的深度為0.4±0.2mm；將裂紋1的寬度制作為不大于0.1mm；裂紋1的深度制作為0.4±0.2mm就是為了保證在斷裂韌性實(shí)驗(yàn)過程中在裂紋1處出現(xiàn)快速擴(kuò)展，測(cè)量更加精確，若裂紋1的寬度大于0.1mm或深度大于0.6mm則可能在預(yù)制裂紋1處出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)裂紋擴(kuò)展，此時(shí)測(cè)得的斷裂韌性值就會(huì)偏大；

步驟B：將步驟A中部分壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2放在試驗(yàn)機(jī)9的三點(diǎn)彎曲夾具8上且裂紋1朝下，然后在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的頂面加載機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；其中，試驗(yàn)機(jī)的壓頭5的移動(dòng)采用位移控制和壓力閉環(huán)控制相結(jié)合的方式，包括如下步驟：

步驟B1：當(dāng)實(shí)驗(yàn)機(jī)9的壓頭5距離壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2頂面1毫米時(shí)，采用位移控制使得壓頭5下移速度調(diào)為0.1毫米/分鐘，同時(shí)存儲(chǔ)位移加載數(shù)據(jù)；

步驟B2：當(dāng)實(shí)驗(yàn)機(jī)9的壓頭5接觸壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2頂面時(shí)，采用壓力閉環(huán)控制使得壓頭5對(duì)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的壓力加載按照實(shí)驗(yàn)控制程序進(jìn)行，同時(shí)存儲(chǔ)壓力加載數(shù)據(jù)。

由于壓電半導(dǎo)體材料為脆性材料，在斷裂韌性實(shí)驗(yàn)中需要保證在要求的時(shí)間內(nèi)施加均勻的應(yīng)力，這不僅對(duì)于壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2表面的粗糙度要求高，還要求施加點(diǎn)的絕對(duì)垂直對(duì)中沒有偏斜，因此本試驗(yàn)方法中采用了三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行斷裂韌性的測(cè)量。

如圖3所示，步驟C：將步驟A中部分壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的左右端面均鍍銀層7，然后放在試驗(yàn)機(jī)9的三點(diǎn)彎曲夾具8上且裂紋1朝下，同時(shí)浸沒在盛有二甲基硅油3的實(shí)驗(yàn)盒4內(nèi)，所述三點(diǎn)彎曲夾具8采用絕緣材質(zhì)且具有相應(yīng)要求的強(qiáng)度和硬度，所述實(shí)驗(yàn)箱盒4為頂部開口的長(zhǎng)方體盒子，所述長(zhǎng)方體盒子的底面為聚四氟乙烯固體絕緣材料，長(zhǎng)方體盒子的前面為光學(xué)玻璃，長(zhǎng)方體盒子的另外三個(gè)側(cè)面為有機(jī)玻璃，這種長(zhǎng)方體盒子絕緣的同時(shí)便于對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察；然后對(duì)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2加載不同的電流值和/或機(jī)械應(yīng)力值，進(jìn)行在電流場(chǎng)作用時(shí)、機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)和電流場(chǎng)共同耦合作用時(shí)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

其中，進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)和電流場(chǎng)共同耦合作用時(shí)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)，包括如下步驟：

步驟C1：首先使用線性調(diào)流電源6在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的左右兩端加載多個(gè)電流值，每當(dāng)加載一個(gè)電流值時(shí)，在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的頂面加載機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

步驟C2：在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的頂面加載多個(gè)機(jī)械應(yīng)力值，每當(dāng)加載一個(gè)機(jī)械應(yīng)力值時(shí)，使用線性調(diào)流電源6在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的左右兩端加載電流值進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

所述線性調(diào)流電源為遠(yuǎn)程控制調(diào)流電源，對(duì)輸出電流值及伴隨電壓值具有存儲(chǔ)、記錄、查詢功能；

為了避免在給壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2加載電流時(shí)擊穿空氣而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而浸沒在盛有二甲基硅油3的實(shí)驗(yàn)盒4內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，二甲基硅油3具有絕緣、滅弧及散熱的作用，同時(shí)二甲基硅油3具有無色無味透明度高的特點(diǎn)便于對(duì)實(shí)驗(yàn)的觀察。

如圖4所示，步驟D：將步驟A中部分壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的左端面粘貼電絕緣性高的隔層薄膜10，所述隔層薄膜10采用聚四氟乙烯，厚度1mm，在隔層薄膜10左端面和壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的右端面均鍍銀層7，然后放在試驗(yàn)機(jī)9的三點(diǎn)彎曲夾具8上且裂紋1朝下，同時(shí)浸沒在盛滿二甲基硅油3的實(shí)驗(yàn)箱盒4內(nèi)，所述三點(diǎn)彎曲夾具8采用絕緣材質(zhì)且具有相應(yīng)要求的強(qiáng)度和硬度；然后對(duì)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2加載不同的高電壓值和/或機(jī)械應(yīng)力值，進(jìn)行在高電壓場(chǎng)作用時(shí)、機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)和高電壓場(chǎng)共同耦合作用時(shí)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

其中，進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)和高電壓場(chǎng)共同耦合作用時(shí)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)，包括如下步驟：

步驟D1：首先使用高壓電源11在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2左右兩端加載多個(gè)高電壓值，每當(dāng)加載一個(gè)高電壓值時(shí)，在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的頂面加載機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

步驟D2：在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的頂面加載多個(gè)機(jī)械應(yīng)力值，每當(dāng)加載一個(gè)機(jī)械應(yīng)力值時(shí)，使用高壓電源11在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的左右兩端加載高電壓值進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；

所述高壓電源11為100kV遠(yuǎn)程智能操控電源，對(duì)輸出高電壓值具有存儲(chǔ)、記錄、查詢功能。

由于壓電材料的性質(zhì)與一般的壓電介材料明顯不同，是無法實(shí)現(xiàn)直接在其左右兩端加載高電壓的。以氮化鎵壓電半導(dǎo)體、長(zhǎng)L=40mm；寬W=3mm；高H=4mm為例，其電阻值R=33.33歐，而高壓電源11的電流比較小一般在毫安量級(jí)，因此如果直接加載在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2兩端是無法達(dá)到高電壓的，因此通過在壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的左端面粘貼電絕緣性高的隔層薄膜10，從而大大增加了壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2整體的電阻而實(shí)現(xiàn)了高電壓的加載；同時(shí)為了避免在給壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2加載高電壓時(shí)出現(xiàn)高壓電弧放電而影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而浸沒在盛有二甲基硅油3的實(shí)驗(yàn)盒4內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，二甲基硅油3起到絕緣的作用，同時(shí)二甲基硅油3具有無色無味透明度高的特點(diǎn)便于觀察實(shí)驗(yàn)。

為了研究裂紋1的長(zhǎng)度變化對(duì)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性的影響，按照不同裂紋1長(zhǎng)度值的要求制作多個(gè)壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2，然后將不同裂紋長(zhǎng)度的壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2按照上述實(shí)驗(yàn)步驟A至步驟D重新進(jìn)行壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2在機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)、電流場(chǎng)、高電壓場(chǎng)及其耦合場(chǎng)加載時(shí)的壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)驗(yàn)方法旨在通過在機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)、電流場(chǎng)、高電壓場(chǎng)及其耦合場(chǎng)加載時(shí)的壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣2的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；同時(shí)在改變裂紋1的長(zhǎng)度的情況下上述各物理場(chǎng)及其耦合場(chǎng)加載時(shí)的壓電半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷裂韌性實(shí)驗(yàn)；從而得到大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出上述各個(gè)物理場(chǎng)加載環(huán)境下壓電半導(dǎo)體材料的斷裂失效機(jī)理并歸納出壓電半導(dǎo)體材料的斷裂失效數(shù)理模型，從斷裂損傷的角度研究壓電半導(dǎo)體材料的失效，對(duì)提高壓電半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)質(zhì)量具有十分重要的科學(xué)依據(jù)和實(shí)用價(jià)值。

最后應(yīng)說明的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，但這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。