收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

微电子机械系统力学性能及尺寸效应研究

韩光平  
【摘要】: 本论文对微电子机械系统力学性能及尺寸效应等若干重要问题进行了深入系统的理论研究。 微电子机械系统是日益发展的多学科交叉技术,其研究内容主要是微米量级的微机械和微装配的加工、设计和应用等问题。在微观领域,许多材料的力学性能呈现出显著的尺寸效应,与微器件或微系统特征长度L的高次方成比率的惯性力(L4)、电磁力(L3)等的作用相对减小,而与L的低次方成比率的弹性力(L2)、表面张力(L1)、静电力(L0)等的作用相对加强,同时表面积(L2)与体积(L3)之比增大,热传导、化学反应等加速和表面间的摩擦力显著增大。目前,微细加工技术日趋成熟,微电子机械系统的基础理论研究相对落后,已成为该学科继续发展的“瓶颈”,其中,材料机械性能的研究又落后于电学性能的研究,材料的力学性能需要精确的评价,尺寸效应问题尤为突出。 系统研究了尺寸效应问题,详细分析了尺寸效应内涵,并按照不同的物理量对尺寸效应进行分类。提出了广义和狭义尺寸效应,建立了狭义尺寸效应的泛函分析数学模型,从泛函的绝对值、相对值和尺寸灵敏度三个方面对模型进行分析,应用实例解释了该模型。提出了尺寸的正效应、负效应和零效应及其判椐,保持了尺寸效应在宏微观领域的连续性和完整性。已有尺寸效应研究局限于单个力学性能的定性分析,该数学模型突破这一局限性,可应用于多个不同力学性能甚至其它物理量的分析,并且,应用该模型还可以对尺寸效应进行精确的定量分析。 应用光刻等技术加工了六组不同尺寸的单晶硅桥式微梁试件,梯形截面的试件可代表矩形、方形等截面的常见微梁。采用纳米压痕法对试件进行弯曲测试,获取载荷、位移等重要实验数据,该法适用于弹塑性材料,且可同时获取弹性模量、硬度和弯曲强度等多种力学性能参数。理论分析表明,单晶硅的平均弹性模量为170.295±2.4850GPa,没有呈现尺寸效应;弯曲强度在3.24 -10.15GPa范围内变化,有较强的尺寸效应,平均硬度为9.4967±1.7533GPa,尺寸效应不太明显。对桥式微梁的弯曲强度进行了Weibull分析,并应用Griffith理论对桥式微梁的断裂特性进行分析,给出了应变设计准则,为硅微构件的可靠性分析提供依据。 基于产品创新设计的QFD需求,建立了QFD/TRIZ/FUZZY集成模型,选取材料强度和材料变形作为设计的主要技术矛盾,对微摩擦测试仪力传感器的微梁结构进行了尺寸优化设计,该方法首次提出将管理学科的理论知识应用到微电子机械系统的产品设计,充分体现了微电子机械系统的多学科交叉的特点。 研究了微电子机械系统的残余应力,对热失配应力和本征应力进行了详细分析。比较了残余应力的几种主要测量方法及其基本工作原理,指出每种方法的优缺点,探讨了残余应力的释放和控制,合理地解释了相变材料的复合韧化现象。该研究结果对微电子机械系统产品设计和应用中残余应力因素的考虑具有重要的参考价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李德刚;梁迎春;白清顺;;单晶硅各向异性力学性能纳米压痕实验研究[J];航空精密制造技术;2008年02期
2 马增胜;龙士国;韩海生;潘勇;周益春;;变形对镍镀层纳米压痕尺寸效应的影响及预测[J];机械工程材料;2008年08期
3 于峰,史立秋,王涛;单晶硅的纳米硬度测试分析[J];金属热处理;2005年08期
4 周向阳;蒋庄德;王海容;;基于等模量假设的软金属薄膜本征模量的纳米压入评定[J];稀有金属材料与工程;2007年10期
5 邓湘云;刘茜;李德军;崔福斋;;纳米羟基磷灰石陶瓷的制备及其力学性能的研究[J];天津师范大学学报(自然科学版);2007年03期
6 杜修力;张建伟;符佳;李振宝;;钢筋混凝土构件的尺寸效应研究进展及展望[J];建筑科学与工程学报;2009年03期
7 孔胜利;周慎杰;聂志峰;王凯;;基于偶应力理论的压杆屈曲载荷的尺寸效应[J];机械强度;2009年01期
8 霍德鸿,梁迎春,程凯,董申;基于原子力显微镜和分子动力学的纳米压痕技术研究[J];机械工程学报;2004年06期
9 赵明威;田文超;Cui’E.Wen;林建国;王晓江;;添加纳米SiO_2粉体对Ti_(84)Mo_(16)合金性能优化的探索[J];铸造技术;2008年12期
10 毕巧巍;汪辉;杨兆鹏;;不同弹性模量的纤维对矿渣RPC力学性能的影响[J];大连交通大学学报;2009年05期
11 苏建君;江五贵;黎军顽;赵晟;;纳米压痕试验中圆柱形压头尺寸效应[J];南昌航空大学学报(自然科学版);2007年04期
12 韩光平,刘凯,王秀红;微电子机械系统的尺寸效应[J];西安理工大学学报;2004年02期
13 史立秋;孙涛;闫永达;董申;;基于AFM纳米硬度测量系统的实验(英文)[J];纳米技术与精密工程;2006年02期
14 吴子景;吴晓京;卢茜;蒋宾;;Cu/Ta/SiO_2/Si薄膜在纳米压痕下的分层现象研究[J];半导体技术;2008年09期
15 艾利娟;祝江平;吴晓玲;郑瑞廷;程国安;;Fe/Cu纳米多层薄膜中内应力对其力学性能的影响[J];北京师范大学学报(自然科学版);2011年02期
16 权伟龙;李红轩;吉利;赵飞;杜雯;周惠娣;陈建敏;;类金刚石薄膜力学特性的分子动力学模拟[J];物理学报;2010年08期
17 史立秋;张顺国;孙涛;闫永达;董申;;AFM的纳米硬度测试与分析[J];光学精密工程;2007年05期
18 吴志威;周飞;;淡水龙虾螯的结构及力学性能的研究[J];中国科学:技术科学;2011年03期
19 周杨;朱春雷;;铸件薄壁尺寸效应的研究成果[J];大型铸锻件;2011年03期
20 赵翔;王峰会;王霞;刘志强;;残余应力对固体氧化物燃料电池弹塑性性能的影响[J];无机材料学报;2011年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 徐高巍;白世伟;贺怀建;;岩体弹性模量尺寸效应的拟合研究[A];第二届全国岩土与工程学术大会论文集(下册)[C];2006年
2 胡英成;;木塑复合材料力学性能的无损检测[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(9)[C];2007年
3 徐一沣;林茂;师伟;;聚丙烯纤维混凝土力学性能试验研究[A];第18届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2009年
4 张能辉;陈建中;;双链DNA生物层的弹性性质[A];第十五届全国复合材料学术会议论文集(上册)[C];2008年
5 田耀刚;丁庆军;王发洲;胡曙光;;高强次轻混凝土力学性能的研究[A];第九届全国水泥和混凝土化学及应用技术会议论文汇编(上卷)[C];2005年
6 徐晓明;辛萍;王娟;赵阳;张庆瑜;;调制结构对TiN/ZrN纳米多层膜的表面形貌、生长行为及力学性能的影响[A];全国薄膜技术学术研讨会论文集[C];2006年
7 戴广乾;黄平;王飞;徐可为;;金属薄膜中晶粒尺寸与膜厚强化机制的研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
8 樊振国;吴章康;张梓悦;陈莉;;纤维增强聚合物对中密度纤维板的增强效果研究[A];第二届中国林业学术大会——S11 木材及生物质资源高效增值利用与木材安全论文集[C];2009年
9 刘天西;;Nanoindentation在聚合物及其纳米复合材料研究中的应用[A];2005年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2005年
10 廖慧敏;龙思远;蔡军;曾文峰;曹建勇;向东霞;;高应变速率对AM60镁合金力学性能的影响[A];2008重庆市铸造年会论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 韩光平;微电子机械系统力学性能及尺寸效应研究[D];西安理工大学;2006年
2 刘美华;压痕硬度测试中的力学问题研究[D];天津大学;2007年
3 黎军顽;纳米压痕过程的多尺度准连续介质法研究[D];复旦大学;2010年
4 曾徵丹;杂质对直拉硅单晶力学性能的影响[D];浙江大学;2011年
5 梁艳;几种腹足纲贝壳的结构和性能[D];大连理工大学;2008年
6 杨增杰;分离式拟质点方法的研究及纳米压痕多尺度模拟[D];哈尔滨工程大学;2011年
7 宗瑞磊;成分和多层结构对非晶合金薄膜力学性能的影响[D];清华大学;2009年
8 嵇佳斌;纳米压痕/划痕测试装置的设计与试验研究[D];吉林大学;2010年
9 王凤江;基于纳米压痕法的无铅BGA焊点力学性能及其尺寸效应研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 张金钰;金属多层膜力学行为及其组元与尺寸效应[D];西安交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曾伟;透水混凝土配合比设计及性能研究[D];重庆大学;2007年
2 黄学杰;BFRP加固钢筋混凝土混凝土圆柱轴压力学性能尺寸效应研究[D];华东交通大学;2009年
3 冀国俊;纳米TiO_2涂膜玻璃的力学性能研究[D];内蒙古工业大学;2005年
4 赵多佳;小麦生长期力学性能的试验研究[D];甘肃农业大学;2008年
5 胡文刚;Sn-0.3Ag-0.7Cu-XBi低银无铅钎料的开发与研究[D];哈尔滨理工大学;2008年
6 张帅;聚苯撑乙烯衍生物薄膜纳米力学性能研究[D];燕山大学;2011年
7 王立强;冷加工及热处理对TM50钛合金组织与性能的影响[D];西安建筑科技大学;2006年
8 郏义征;金属铜薄膜的变形行为及其尺度控制效应[D];沈阳工业大学;2006年
9 徐云钦;双膦酸盐复合丙烯酸骨水泥的静态力学性能研究[D];浙江大学;2007年
10 曹猛;离子束辅助沉积ZrN/TiAlN和CN_x/TiAlN纳米多层膜的研究[D];天津师范大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者石磊;单晶硅让宁晋享誉世界[N];河北日报;2002年
2 杨辉强 李素现;宁晋局太阳能单晶硅基地走出国门[N];华北电力报;2004年
3 通讯员 柳辉强、李素现 记者 蔡计锁;宁晋太阳能单晶硅产量占世界二成[N];河北日报;2004年
4 ;2004年日本单晶硅产量和需求量都将增15%[N];中国有色金属报;2004年
5 王迅;河北宁晋太阳能单晶硅产量占世界二成[N];中国有色金属报;2004年
6 记者 李卫华 通讯员 李世强;15亿元单晶硅项目落户杞县[N];河南日报;2010年
7 记者 刘廉君;我成功开发超大晶粒准单晶硅铸锭多项核心技术[N];科技日报;2011年
8 记者 孙瑞生;太阳能用单晶硅项目落户应县[N];山西经济日报;2009年
9 姚红亮;洛阳单晶硅有限公司积极寻找新的经济增长点[N];中国有色金属报;2004年
10 顾雷鸣;保增长调结构抓创新相结合 推动经济社会又好又快发展[N];新华日报;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978