非线性Lamb波检测硅片亚表面微裂纹的数值仿真与机理分析

胡兰艺; 尹莘新; 许才彬; 赵友选; 邓明晰

doi:10.15983/j.cnki.jsnu.2026209

陕西师范大学学报（自然科学版） ›› 2026, Vol. 54 ›› Issue (2) : 11 -18. DOI: 10.15983/j.cnki.jsnu.2026209

非线性Lamb波检测硅片亚表面微裂纹的数值仿真与机理分析

胡兰艺, 尹莘新, 许才彬, 赵友选, 邓明晰

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摘要

随着半导体硅片制造工艺与技术的发展，对其亚表面损伤的高精度检测提出了更高要求。尽管非线性超声Lamb波具有高灵敏度和无损检测的优势，但其信号模式与硅片亚表面微裂纹特征的对应关系仍不明确。该文通过数值仿真，建立了Lamb波在含亚表面微裂纹硅片中传播的有限元模型，选取相速度匹配的S₀-s₀（基频和二倍频）Lamb波模式对，研究了二次谐波超声非线性系数与传播距离及亚表面微裂纹特征的关系。结果表明：随超声波在硅片中传播距离的增加，其超声非线性系数呈现递增趋势，而当材料中存在亚表面微裂纹时，超声非线性系数的幅值将显著提升。相对超声非线性系数随着微裂纹的数量、长度、密度以及亚表面损伤层厚度的增加而提升；在相同密度下，相对超声非线性系数对微裂纹长度的敏感性高于数量变化。研究结果验证了非线性超声Lamb波检测硅片亚表面微裂纹的有效性。