Größeneffektmodellierung mit der Strain-Gradient-Theorie und Bestimmung innerer Längenparameter in Silizium mittels Ramanspektroskopie

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Die Erfassung des Größeneffektes von Mikrostrukturen, welcher anschaulich gesprochen für ein elastisch steiferes Materialverhalten auf der Mikroskala steht, ist für die Auslegung mikro-elektromechanischer Systeme (MEMS) von Bedeutung. Im beantragten Forschungsvorhaben soll über das klassische Boltzmannkontinuum hinaus mit verschiedenen Theorien höherer Ordnung gearbeitet werden, die in der Lage sind, den Größeneffekt von Mikrostrukturen abzubilden. Aussagen über das elastische Materialverhalten nach verschiedenen theoretischen Ansätzen lassen sich über die Mikro-Ramanspektroskopie mit ihrer Möglichkeit zur Untersuchung lokaler Spannungen und Dehnungen überprüfen. Zurückgegriffen wird dabei speziell auf die Momentenspannungs- (Couple Stress-) Theorie und die Strain-Gradient-Theorie der linearen Elastizität. Für die darin enthaltenen höheren Gradientenkoeffizienten existieren bislang keine zuverlässigen Zahlenwerte. Zu ihrer Bestimmung soll exemplarisch für Silizium (für ein- sowie polykristallines Silizium), ein in der Mikrosystemtechnik weit verbreitetes, ramanaktives Material, eine Miniaturbalkenbiegung verbunden mit ramanspektroskopischer Auswertung durchgeführt werden. Mit den auf experimentellem Wege erhaltenen Aussagen über die herrschenden Verzerrungen und Verschiebungen sollen die verschiedenen Theorien höherer Ordnung ausgewertet und ein Weg zur Quantifizierung der inneren Längenparameter von Materialien aufgezeigt werden.