壓電薄膜表面穩(wěn)定性及自發(fā)脫層研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)的發(fā)展和高度集成化的趨勢，壓電薄膜愈來愈受到人們的重視。壓電薄膜和基底材料的構(gòu)形和材料性能的不同，容易造成壓電薄膜的龜裂和斷裂以及壓電薄膜和基底的脫層，導(dǎo)致器件的可靠性降低，對其失效形式的研究迫切需要。壓電薄膜表面的穩(wěn)定性對器件的性能有很大影響，以及薄膜中的錯配應(yīng)變會引起薄膜的脫層對器件造成損壞。因此對壓電薄膜的表面穩(wěn)定性和界面處脫層研究非常重要。
　　本文主要研究了壓電薄膜表面的化學(xué)勢和穩(wěn)定性以及薄膜與基底界面裂紋

2、擴(kuò)展的行為，為壓電薄膜在實(shí)際應(yīng)用中提供可靠的理論基礎(chǔ)。
　?。?）首先提出并研究了壓電薄膜表面的化學(xué)勢，分析了壓電薄膜在力電耦合和小幅度擾動作用下的表面穩(wěn)定性，推導(dǎo)并得到了壓電薄膜表面應(yīng)力場和電場和表面能平衡穩(wěn)定狀態(tài)的臨界擾動波長。
　?。?）其次介紹了壓電材料裂紋的基本理論，講述了壓電材料/彈性基底界面裂紋尖端的奇異性，介紹了壓電薄膜界面裂紋的應(yīng)力、電位移、應(yīng)力強(qiáng)度因子和電位移強(qiáng)度因子以及能量密度因子。
　?。?）最

3、后建立了壓電/導(dǎo)體有限元模型對其進(jìn)行數(shù)值模擬，詳細(xì)分析了壓電薄膜中的錯配應(yīng)變對薄膜脫層的影響，并且從理論上解釋了薄膜自發(fā)脫層的臨界薄膜厚度，分析了界面裂紋尖端的應(yīng)力場和電位移場，計(jì)算了裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子K1、K2和電位移強(qiáng)度因子KD以及能量密度因子S，分析了壓電薄膜厚度和裂紋長度對裂紋擴(kuò)展的影響以及運(yùn)用能量密度因子預(yù)測裂紋開裂的方向。
　　本文是在壓電薄膜僅受到錯配應(yīng)變作用下對薄膜進(jìn)行分析的，在壓電薄膜制備中有重要的指導(dǎo)意義。