压电薄膜表面稳定性及自发脱层研究

发布时间：2017-05-19 21:33

  本文关键词：压电薄膜表面稳定性及自发脱层研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着微电子技术的发展和高度集成化的趋势,压电薄膜愈来愈受到人们的重视。压电薄膜和基底材料的构形和材料性能的不同,容易造成压电薄膜的龟裂和断裂以及压电薄膜和基底的脱层,导致器件的可靠性降低,对其失效形式的研究迫切需要。压电薄膜表面的稳定性对器件的性能有很大影响,以及薄膜中的错配应变会引起薄膜的脱层对器件造成损坏。因此对压电薄膜的表面稳定性和界面处脱层研究非常重要。本文主要研究了压电薄膜表面的化学势和稳定性以及薄膜与基底界面裂纹扩展的行为,为压电薄膜在实际应用中提供可靠的理论基础。(1)首先提出并研究了压电薄膜表面的化学势,分析了压电薄膜在力电耦合和小幅度扰动作用下的表面稳定性,推导并得到了压电薄膜表面应力场和电场和表面能平衡稳定状态的临界扰动波长。(2)其次介绍了压电材料裂纹的基本理论,讲述了压电材料/弹性基底界面裂纹尖端的奇异性,介绍了压电薄膜界面裂纹的应力、电位移、应力强度因子和电位移强度因子以及能量密度因子。(3)最后建立了压电/导体有限元模型对其进行数值模拟,详细分析了压电薄膜中的错配应变对薄膜脱层的影响,并且从理论上解释了薄膜自发脱层的临界薄膜厚度,分析了界面裂纹尖端的应力场和电位移场,计算了裂纹尖端的应力强度因子K_1、K_2和电位移强度因子K_D以及能量密度因子S,分析了压电薄膜厚度和裂纹长度对裂纹扩展的影响以及运用能量密度因子预测裂纹开裂的方向。本文是在压电薄膜仅受到错配应变作用下对薄膜进行分析的,在压电薄膜制备中有重要的指导意义。
【关键词】：压电薄膜 错配应变 表面稳定性 自发脱层 应力强度因子
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O484.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 压电材料的发展和应用10
• 1.2 压电薄膜的应用10-11
• 1.3 压电材料断裂行为的研究现状11-13
• 1.4 压电界面裂纹研究13-15
• 1.5 压电薄膜应力15
• 1.6 本文的主要内容15-18
• 第2章 压电薄膜表面化学势和稳定性18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 压电材料自由表面的化学势18-20
• 2.3 压电薄膜的扰动应力场和电场20-26
• 2.4 薄膜表面线性稳定性分析26-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第3章 压电材料断裂力学的基本理论30-44
• 3.1 压电材料的基本方程30-33
• 3.2 压电材料断裂力学的基本公式33-38
• 3.3 压电/导体双材料界面裂纹38-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第4章 压电薄膜界面裂纹的数值分析44-60
• 4.1 压电材料有限元方程44-49
• 4.2 压电薄膜的错配应变和自发脱落49
• 4.2.1 压电薄膜的错配应变49
• 4.2.2 压电薄膜的自发脱层49
• 4.3 压电薄膜的有限元模型49-51
• 4.4 算例51-57
• 4.4.1 界面裂纹尖端处的应力52-55
• 4.4.2 压电薄膜界面裂纹尖端的强度因子55-57
• 4.5 压电薄膜界处能量密度因子57-58
• 4.5.1 能量密度因子的基本理论57
• 4.5.2 能量密度因子数值模拟57-58
• 4.6 本章小结58-60
• 第5章 总结与展望60-62
• 5.1 总结60
• 5.2 创新点60
• 5.3 展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-68
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果68

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本文编号：379944