영률(Young's modulus)이란 무엇일까요? 재료의 탄성 변형 단계에서 수직 응력과 그에 상응하는 수직 변형률의 비율입니다. 재료의 탄성 변형 단계에서 응력과 변형률은 정비례 관계를 이루며(즉, 훅의 법칙을 따릅니다), 그 비례 계수를 영률이라고 합니다. "영률"은 재료의 탄성을 나타내는 물리량입니다. 영률은 "영률", "전단 탄성률", "체적 탄성률" 등을 포함하는 일반적인 용어입니다. 따라서 "영률"과 "체적 탄성률"은 모두 포괄합니다. 일반적으로 엘라스토머에 외력("응력"이라고 함)이 가해지면 탄성체는 형태("변형률"이라고 함)를 변화시킵니다. "영률"의 일반적인 정의는 응력을 변형률로 나눈 값입니다. 예를 들어,

● 선형 변형률: 인장력 f가 얇은 막대에 가해집니다. 이 인장력을 막대의 단면적 s로 나눈 값을 "선형 응력"이라고 합니다. 막대의 신장 dl을 원래 길이 l로 나눈 값을 "선형 변형률"이라고 합니다. 선형 응력을 선형 변형률로 나누면 탄성 계수 e=(f/s)/(dl/l)이 됩니다.

● 전단 변형률: 탄성체에 측면 힘 f(일반적으로 마찰력)가 가해지면 탄성체는 정사각형에서 마름모꼴로 변합니다. 이 변형 각도 a를 "전단 변형률"이라고 합니다. 해당 힘 f를 힘의 면적 s로 나눈 값을 "전단 응력"이라고 합니다. 전단 응력을 전단 변형률로 나누면 전단 탄성 계수 g=(f/s)/a가 됩니다.

● 체적 변형률: 탄성체에 전체 압력 p가 가해지면 이 압력을 "체적 응력"이라고 합니다. 탄성체의 체적 감소량(-dv)을 원래 체적 v로 나눈 값을 "체적 변형률"이라고 합니다. 체적 응력을 체적 변형률로 나누면 체적 탄성률이 됩니다. k=p/(-dv/v). 혼동을 피하기 위해 일반 금속 재료의 탄성 계수는 탄성 계수, 즉 양의 탄성 계수를 나타냅니다. 단위: e(탄성 계수) gpa.

실리콘(Si) 재료의 탄성계수는 결정 방향과 순도와 관련이 있습니다. 다음은 일반적인 값 범위와 설명입니다.

1. 단결정 실리콘의 탄성계수

단결정 실리콘은 이방성이고, 결정 방향에 따라 탄성계수가 다릅니다.

●<100>crystal direction: about 130–135 gpa

●<110>crystal direction: about 165–170 gpa

●<111>crystal direction: about 180–190 gpa

설명: 단결정 실리콘은 반도체 소자에 널리 사용됩니다. 탄성 계수의 이방성은 마이크로 전기 기계 시스템(MEMS) 소자(예: 캔틸레버 빔 및 박막 구조의 기계적 특성)의 설계에 영향을 미칩니다.

2. 다결정 실리콘의 탄성계수

due to the random grain orientation, the young's modulus of polycrystalline silicon is isotropic, with a typical value of about 160–169 gpa (close to the average value of the<110>crystal orientation of single crystal silicon). 3. influencing factors temperature: the young's modulus decreases with increasing temperature. for example, the young's modulus of silicon at room temperature (25°c) is about 169 gpa, while it may drop to about 160 gpa at 100°c. doping: the effect of impurities (such as boron and phosphorus) on the young's modulus is small and can usually be ignored (the change range is < 5%). microstructure: the young's modulus of nanocrystalline silicon or porous silicon will decrease significantly due to the increase in porosity (for example, porous silicon can be as low as 10–50 gpa).