[发明专利]一种激光无损表征薄膜杨氏模量的优化方法

摘要

本发明涉及一种表征薄膜杨氏模量的优化方法，包括：计算出残余应力对薄膜杨氏模量测量的影响小于5％的范围，作为理想模型的适用范围；采用薄膜/衬底结构的样片，控制激光器发射出一定频率和能量的短脉冲激光束，样片表面通过热弹效应产生超声表面波；得到实验频散曲线；将薄膜的厚度和残余应力值与理想模型的适用范围进行对照；若残余应力对薄膜杨氏模量测量的影响小于5％，将样片的薄膜和衬底的密度、杨氏模量、泊松比、厚度在内的其他参数代入MATLAB理想理论模型中，然后通过改变杨氏模量的值来找出与实验频散曲线最相近的理论频散曲线的杨氏模量的值。

主权项

1.一种表征薄膜杨氏模量的优化方法，包括下列步骤：(1)通过引入等效弹性常数建立包含残余应力的声表面波模型，通过格林函数和矩阵法计算出声表面波在分层结构中传播的理论频散曲线，引入误差判据“ΔE/E”描述残余应力对杨氏模量测量的影响，其中ΔE是同一理论频散曲线在理想模型中与在残余应力模型中所代表的杨氏模量的差值，计算出残余应力对薄膜杨氏模量测量的影响小于5％的范围，作为理想模型的适用范围；(2)采用薄膜/衬底结构的样片，控制激光器发射出一定频率和能量的短脉冲激光束，经过光学调整系统最终在样片表面汇聚成线性激光束，样片表面通过热弹效应产生超声表面波；(3)在距离激发源一定距离的两个位置处通过压电探测器探测表面波信号，经高倍宽频电压放大器放大后显示到数字示波器中；(4)对采集到的离散时域电压信号进行包括傅立叶变换在内的数学处理，从而得到实验频散曲线；(5)将薄膜的厚度和残余应力值与理想模型的适用范围进行对照；(6)若残余应力对薄膜杨氏模量测量的影响小于5％，将样片的薄膜和衬底的密度、杨氏模量、泊松比、厚度在内的其他参数代入MATLAB理想理论模型中，然后通过改变杨氏模量的值来找出与实验频散曲线最相近的理论频散曲线的杨氏模量的值；(7)若残余应力对薄膜杨氏模量测量的影响大于5％，将样片的薄膜和衬底的密度、杨氏模量、泊松比、厚度、残余应力在内的其他参数代入包含残余应力的MATLAB理论模型中，然后通过改变杨氏模量的值来找出与实验频散曲线最相近的理论频散曲线的杨氏模量值。