掺杂单晶硅纳米材料力学性能的多尺度理论模型及模拟

发布时间：2017-06-24 19:18

  本文关键词：掺杂单晶硅纳米材料力学性能的多尺度理论模型及模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：硅纳米材料物理性能的研究对其在半导体技术中的应用是十分重要的,而掺杂有利于改善硅纳米材料的物理特性,提高应用价值。本文基于半连续体模型计算方法和分子动力学模拟方法,系统的研究了掺杂对单晶硅纳米材料的力学性能的影响。论文工作分为以下三个部分:(1)通过基于半连续体模型运用Keating形变势模型计算,研究分析了掺杂浓度及掺杂位置对单晶硅纳米膜杨氏模量与膜厚关系的影响,结果表明,掺杂磷元素有利于改善硅膜的杨氏模量,但效果并不明显,而影响硅膜杨氏模量的主要因素是硅膜的膜厚而不是掺杂浓度和掺杂位置。(2)通过半连续体模型计算的方法,分别计算了在硅晶胞的不同位置处进行磷元素掺杂梁的挠度和谐振频率,结果表明,掺杂位置和掺杂浓度并不是影响单晶硅纳米梁谐振频率和挠度的主要因素,而梁的尺寸是影响单晶硅纳米梁谐振频率的主要因素。(3)通过分子动力学方法研究了在硅晶胞的不同位置处进行掺杂时,掺杂浓度和尺寸对单晶硅纳米梁谐振频率的影响。结果表明,掺杂浓度和掺杂位置会影响单晶硅纳米梁的谐振频率,但是影响很小,而梁的尺寸才是影响其挠度和谐振频率的主要因素。本论文主要是用理论计算和模拟的方法来研究掺杂单晶硅纳米材料的力学性能,并取得了一些成果。该研究结果对研究硅纳米材料的其他力学特性有一定的参考价值,也为进一步研究掺杂对纳米硅材料力学性能的影响提供一种全新思路。
【关键词】：单晶硅纳米材料 掺杂 杨氏模量 谐振频率
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 相关研究综述9-14
• 1.2.1 实验方法9-10
• 1.2.2 理论计算方法10-13
• 1.2.2.1 连续体模型11
• 1.2.2.2 半连续体模型11-12
• 1.2.2.3 基于半连续体模型的Keating形变势模型12
• 1.2.2.4 第一性原理密度泛函理论12-13
• 1.2.3 理论模拟方法13-14
• 1.3 论文的主要工作14-16
• 参考文献16-20
• 第二章 掺杂单晶硅纳米薄膜杨氏模量的计算20-49
• 2.1 引言20
• 2.2 掺杂硅膜杨氏模量的计算20-43
• 2.2.1 硅晶胞四分之一体对角线处掺杂磷22-35
• 2.2.2 硅晶胞顶角处掺杂35-43
• 2.3 结果分析与讨论43-46
• 2.3.1 掺杂对硅膜杨氏模量的影响43-44
• 2.3.2 掺杂浓度对硅膜杨氏模量的影响44-46
• 2.4 本章小结46-47
• 参考文献47-49
• 第三章 掺杂硅纳米梁谐振频率的半连续体模型计算49-64
• 3.1 引言49
• 3.2 掺杂硅梁挠度的计算49-55
• 3.2.1 硅晶胞四分之一对角线处掺杂磷的挠度50-52
• 3.2.2 硅晶胞顶角处掺杂磷的挠度52-54
• 3.2.3 纯硅梁的挠度54-55
• 3.3 掺杂硅梁谐振频率的模型计算55-58
• 3.3.1 硅晶胞四分之一对角线处掺杂磷56-57
• 3.3.2 硅晶胞顶角处掺杂磷57-58
• 3.3.3 纯硅梁谐振频率58
• 3.4 结果分析与讨论58-62
• 3.4.1 不同掺杂位置对硅梁挠度的影响58-59
• 3.4.2 不同长度和厚度对硅梁谐振频率的影响59-60
• 3.4.3 不同掺杂浓度对硅梁谐振频率的影响60-62
• 3.5 本章小结62-63
• 参考文献63-64
• 第四章 掺杂硅纳米梁谐振频率的分子动力学模拟64-73
• 4.1 引言64
• 4.2 模拟模型建立64-67
• 4.2.1 硅晶胞四分之一对角线处掺杂磷的谐振频率值65-66
• 4.2.2 硅晶胞顶角处掺杂磷的谐振频率值66-67
• 4.2.3 长度为 32A的硅梁的谐振频率值67
• 4.3 结果分析与讨论67-69
• 4.3.1 掺杂浓度和长度尺寸对硅梁谐振频率的影响67-68
• 4.3.2 掺杂浓度和厚度尺寸对硅梁谐振频率的影响68-69
• 4.4 分子动力学模拟与半连续体模型计算的比较69-70
• 4.5 本章小结70-72
• 参考文献72-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 发表文章目录75-76
• 致谢76-77

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