一种压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置，包括底板，在底板上固定有基座，在基座的顶部水平设有燕尾滑槽，在燕尾滑槽内滑动连接有左支臂和右支臂，所述左支臂和右支臂相对称，在基座前表面的顶部沿着燕尾滑槽轴线方向设有刻度线；在左支臂和右支臂的顶部均设有支撑辊槽，在支撑辊槽内放置有支承辊，所述支承辊采用绝缘材质，在支承辊上放置待测试样；在底板上固定有用于对待测试样定位的横向定位端和纵向定位爪，同时还包括顶部开口的长方体盒子，所述长方体盒子的底面为绝缘材料，长方体盒子的前面为光学玻璃；从而实现了一种机械应力场、电流场、高电压场及其耦合作用时的压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于压电半导体
，特别涉及一种压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置。
技术介绍
随着半导体材料和压电材料技术的快速发展，人们发现了一种兼有压电性质的半导体材料即压电半导体，如CdS、CdSe、ZnO、AlN、GaN等。压电半导体具有压电材料和半导体材料双重物理特性，还具有高热导率、高电子饱和、高漂移速度和大临界击穿电压等优点，所以成为研制高频大功率、耐高温、抗辐照半导体微电子器件和电路的理想材料，在航空航天、军事、卫星通信、汽车、石油开采等领域得到了很高的重视，有着广泛的应用前景。在电子器件的使用过程中，半导体器件失效占电子器件失效的一半以上，半导体器件失效通常是因为材料内部的局部应力超过了它们的最大额定值，特别对于目前技术前沿的压电半导体器件，同样存在较大失效率的问题，所以对压电半导体材料的损伤失效性研究尤为重要。对压电半导体材料失效机理的实验研究，可以提高压电半导体器件产品的设计质量，有助于提高电子设备的可靠性，对加快压电半导体器件的研制速度，提高压电半导体器件的成品率和可靠性均具有重要的意义。我国近年来也在加强失效分析和失效机理方面的研究，并建立了一些专业实验室，完善开展可靠性研究的基础和条件。但目前的研究大多是基于失效分析与检测技术、可靠性评价等发面来展开研究，而对于半导体器件的本征材料损伤机理与数理模型方面研究甚少，对于压电半导体材料多场耦合环境下的断裂失效研究更没有相关的实验装置。一般而言，压电半导体材料是脆性材料，在制造、极化和使用过程中，可能产生如裂纹、孔洞、夹杂等缺陷；在实际应用过程中，压电半导体器件往往需要承受严酷的环境条件，如机械应力场、热应力场、电压场和电流场等，同时电气应力、化学应力、辐射应力及其他因素都会致使压电半导体器件表现出很强的非线性和大应变，容易在缺陷附近出现力和电载荷的集中，在一定条件下会导致缺陷扩展，最终造成压电半导体器件的断裂失效。特别是压电半导体，本身具备压电性质，在受力或者振动过程中会产生压电电荷，对裂纹或缺陷的扩展产生非常复杂的影响，因此实验研究各应力场以及耦合应力场对压电半导体材料的断裂失效机理，并总结出压电半导体材料的断裂失效数理模型，对压电半导体器件设计具有十分重要的科学意义及实用价值。压电半导体材料耦合了压电材料和半导体材料双重物理性质，研究压电半导体材料断裂失效力学实验问题，需要在机械应力场、电流场、高电压场及其耦合场加载环境下进行；压电半导体具备宽禁带半导体的物理性质，给压电半导体提供超高电压场加载技术和普通的压电介电材料有很大区别，并且要求实验装置具备极高的调节、存储、记录精度，还要考虑系统整体的绝缘性能，因此，对实验加载装置和加载绝缘环境都提出了很高的要求；然而目前还没有针对压电半导体材料这一断裂失效机理进行研究和测试的标准和装置。
技术实现思路
本技术目的是为解决上述现有技术中存在的问题而提出一种压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置，研究在机械应力场、电流场、高电压场及其耦合场加载环境下压电半导体材料的断裂损伤和断裂韧性，积累压电半导体材料对于不同物理场环境的敏感程度，从而探索上述物理场对压电半导体材料的损伤机理，这对提高压电半导体器件的设计质量具有十分重要的科学依据和实用价值。本技术为解决上述问题所采取的技术方案是：一种压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置，包括底板，在底板上固定有基座，在基座顶部的正中间设有对中凹槽，在基座的顶部水平设有燕尾滑槽，在燕尾滑槽内滑动连接有左支臂和右支臂且在左支臂和右支臂上均设有第一锁紧螺栓，所述左支臂和右支臂相对称，在基座前表面的顶部沿着燕尾滑槽轴线方向设有刻度线；在左支臂和右支臂的顶部均设有支撑辊槽，所述支撑辊槽的轴线垂直于燕尾滑槽轴线，在支撑辊槽内放置有支承辊，所述支承辊采用绝缘材质且支承辊具有相应要求的强度和硬度，在支承辊上放置待测试样，所述支撑辊槽宽度为支承辊直径的1.1～1.3倍，支撑辊槽深度大于支承辊半径且小于支撑辊直径。进一步，所述支承辊两端均设有环形凹槽；在左支臂或右支臂上设有滑孔，所述滑孔轴线与燕尾滑槽轴线平行，在滑孔内滑动连接有滑条，在左支臂或右支臂上设有用于紧固滑条的第二锁紧螺栓，在滑条上设有用于标示滑动距离的刻度线，在滑条的外端一体设有横向定位端，所述横向定位端的端面为平整面且与待测试样端面对齐；在基座后面的底板上固定有滑座，在滑座内设有滑道，所述滑道轴线与燕尾滑槽轴线垂直，在滑道内滑动连接有竖直设置的滑板，在滑座上设有用于紧固滑板的第三锁紧螺栓、用于标示滑动距离的刻度线，在滑板的顶端一体设有纵向定位爪，所述纵向定位爪的端面为平整面且与待测试样侧面对齐。进一步，所述左支臂和右支臂相对的内侧面顶端均为倒角。进一步，还包括试样压头，所述试样压头的前端固定有加载辊，所述加载辊采用绝缘材质且加载辊具有相应要求的强度和硬度。进一步，还包括顶部开口的长方体盒子，所述长方体盒子的底面为聚四氟乙烯固体绝缘材料，长方体盒子的前面为光学玻璃，长方体盒子的另外三个侧面为有机玻璃；所述底板通过内六角螺栓固定在长方体盒子的内底面上，在长方体盒子内盛有二甲基硅油并淹没待测试样，在长方体盒子侧面设有进线口、出线口、进油口和出油口。进一步，在长方体盒子的内底面上设有与内六方螺栓相配合的螺纹盲孔。本技术所具有的有益效果为：本实验装置通过对中凹槽、基座前表面的刻度线、左支臂和右支臂的设置实现了实验对压电半导体待测试样支撑点对中性的精度要求，满足了在单一机械应力场作用下压电半导体的断裂韧性实验要求；进一步，支承辊、试样压头的加载辊均采用了氮化硅陶瓷绝缘材质既满足了实验对绝缘的要求也达到了相应要求的强度和硬度；同时，长方体盒子采用耐用的有机玻璃、便于观察实验现象的光学玻璃、聚四氟乙烯绝缘的底面组成一体，并在长方体盒子内盛装具有无色无味、透明度高、绝缘特点的二甲基硅油，提供了一种适合电流场、高电压场及其耦合场作用的绝缘环境，解决了在加载电流场、高电压场及其耦合场时出现击穿空气或高压电弧放电而影响实验数据的问题，从而实现了一种有效的机械应力场、电流场、高电压场及其耦合作用时的压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置。附图说明图1为本技术的立体结构示意图；图2为图1中沿箭头A方向的立体结构示意图；图3为长方体盒子的立体结构示意图；图4为试样压头的立体结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术进一步描述。如图1和图2所示，一种压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置，包括底板2，在底板2上固定有基座18，在基座18顶部的正中间设有对中凹槽16，利用对中凹槽16来保证基座18在实验时居中位置的精度，在基座18的顶部水平设有燕尾滑槽3，在燕尾滑槽3内滑动连接有左支臂12和右支臂5且在左支臂12和右支臂5上均设有第一锁紧螺栓4，所述左支臂12和右支臂5相对称，在基座18前表面的顶部沿着燕尾滑3槽轴线方向设有刻度线17；在左支臂12和右支臂5的顶部均设有支撑辊槽，所述支撑辊槽的轴线垂直于燕尾滑槽3轴线，在支撑辊槽内放置有支承辊7，所述支承辊7采用绝缘材质且支承辊7具有相应要求的强度和硬度，如氮化硅陶瓷材质，在支承辊7上放置待测试样9，所述支撑辊槽宽度为支承辊7直径的1.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置，其特征在于，包括底板，在底板上固定有基座，在基座顶部的正中间设有对中凹槽，在基座的顶部水平设有燕尾滑槽，在燕尾滑槽内滑动连接有左支臂和右支臂且在左支臂和右支臂上均设有第一锁紧螺栓，所述左支臂和右支臂相对称，在基座前表面的顶部沿着燕尾滑槽轴线方向设有刻度线；在左支臂和右支臂的顶部均设有支撑辊槽，所述支撑辊槽的轴线垂直于燕尾滑槽轴线，在支撑辊槽内放置有支承辊，所述支承辊采用绝缘材质，在支承辊上放置待测试样，所述支撑辊槽宽度为支承辊直径的1.1～1.3倍，支撑辊槽深度大于支承辊半径且小于支撑辊直径。

【技术特征摘要】
1.一种压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置，其特征在于，包括底板，在底板上固定有基座，在基座顶部的正中间设有对中凹槽，在基座的顶部水平设有燕尾滑槽，在燕尾滑槽内滑动连接有左支臂和右支臂且在左支臂和右支臂上均设有第一锁紧螺栓，所述左支臂和右支臂相对称，在基座前表面的顶部沿着燕尾滑槽轴线方向设有刻度线；在左支臂和右支臂的顶部均设有支撑辊槽，所述支撑辊槽的轴线垂直于燕尾滑槽轴线，在支撑辊槽内放置有支承辊，所述支承辊采用绝缘材质，在支承辊上放置待测试样，所述支撑辊槽宽度为支承辊直径的1.1～1.3倍，支撑辊槽深度大于支承辊半径且小于支撑辊直径。2.根据权利要求1所述的压电半导体断裂失效的多场耦合加载实验装置，其特征在于，所述支承辊两端均设有环形凹槽；在左支臂或右支臂上设有滑孔，所述滑孔轴线与燕尾滑槽轴线平行，在滑孔内滑动连接有滑条，在左支臂或右支臂上设有用于紧固滑条的第二锁紧螺栓，在滑条上设有用于标示滑动距离的刻度线，在滑条的外端一体设有横向定位端，所述横向定位端的端面为平整面且与待测试样端面对齐；在基座后面的底板上固定有滑座，在滑座内设有滑道，所述滑道轴线与燕...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦国帅，赵明皞，范翠英，王刚，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：新型
国别省市：河南;41