ما هو معامل يونغ؟ هو نسبة الإجهاد العمودي إلى الانفعال العمودي المقابل في مرحلة التشوه المرن للمادة. في هذه المرحلة، يتناسب الإجهاد والانفعال طرديًا (أي أنه يتوافق مع قانون هوك)، ويُسمى معامل التناسب معامل يونغ. "معامل يونغ" هو كمية فيزيائية تصف مرونة المادة. وهو مصطلح عام يشمل "معامل يونغ"، و"معامل القص"، و"معامل الكتلة"، إلخ. لذلك، يشمل "معامل يونغ" و"معامل الكتلة". بشكل عام، بعد تطبيق قوة خارجية (تُسمى "إجهاد") على مادة مرنة، يتغير شكل الجسم المرن (يُسمى "انفعال"). التعريف العام لـ"معامل يونغ" هو: الإجهاد مقسومًا على الانفعال. على سبيل المثال:

● إجهاد خطي: تُطبق قوة شد f على قضيب رفيع. تُسمى هذه القوة مقسومة على مساحة المقطع العرضي s للقضيب "إجهادًا خطيًا". تُسمى استطالة القضيب dl مقسومة على طوله الأصلي l "إجهادًا خطيًا". الإجهاد الخطي مقسومًا على الإجهاد الخطي يساوي معامل يونغ e = (f/s)/(dl/l).

● إجهاد القص: عند تطبيق قوة جانبية f (عادةً احتكاك) على جسم مرن، يتغير شكله من مربع إلى معين. تُسمى زاوية هذا التشوه a "إجهاد القص". تُسمى القوة f المقابلة مقسومة على مساحة القوة s "إجهاد القص". إجهاد القص مقسومًا على إجهاد القص يساوي معامل القص g = (f/s)/a.

● إجهاد الحجم: عند تطبيق ضغط كلي p على جسم مرن، يُسمى هذا الضغط "إجهاد الحجم". يُسمى انخفاض حجم الجسم المرن (-dv) مقسومًا على الحجم الأصلي v "إجهاد الحجم". يُساوي إجهاد الحجم مقسومًا على إجهاد الحجم معامل الحجم: k = p/(-dv/v). لتجنب الالتباس، يُشير معامل يونغ للمواد المعدنية العامة إلى معامل يونغ، أي معامل يونغ الموجب. الوحدة: e (معامل يونغ). المعدل التراكمي.

ترتبط معامل يونغ لمادة السيليكون (si) باتجاه بلوراتها ونقائها. فيما يلي نطاقات القيم والأوصاف الشائعة:

1. معامل يونغ للسيليكون أحادي البلورة

البلورة الفردية للسيليكون متباينة الخواص، ومعامل يونغ لاتجاهات البلورات المختلفة يختلف:

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

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

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

الوصف: يستخدم السيليكون أحادي البلورة على نطاق واسع في أجهزة أشباه الموصلات. سيؤثر التباين في معامل يونغ على تصميم أجهزة الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) (مثل عوارض الكابولي والخصائص الميكانيكية لهياكل الأغشية الرقيقة).

2. معامل يونغ للسيليكون متعدد البلورات

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).