多尺度硅懸臂梁吸附的理論模型.pdf

1、納電子機(jī)械系統(tǒng)(NEMS)是納米科技的一個分支。由于納米技術(shù)的特征，納電子機(jī)械系統(tǒng)相較于微電子機(jī)械系統(tǒng)有以下幾個主要的優(yōu)點:品質(zhì)因數(shù)高，頻率高，功率低以及尺寸和質(zhì)量很小，因而納米懸臂梁在傳感器的應(yīng)用方面有著很好的發(fā)展前景，得到了國內(nèi)外的廣泛重視。單晶硅是微電子機(jī)械系統(tǒng)中的重要材料，硅具有優(yōu)質(zhì)的力學(xué)特性和熱學(xué)特性，并且具有極好的集成電路制造兼容性，因而以硅為襯底的納米懸臂梁是納電子機(jī)械系統(tǒng)中最具有代表性的懸臂梁之一。當(dāng)硅懸臂梁表面吸附粒子

2、時，吸附效應(yīng)會使得硅懸臂梁本身的特性發(fā)生改變。當(dāng)硅懸臂梁在宏觀尺度范疇內(nèi)時，可以用經(jīng)典的連續(xù)介質(zhì)理論來進(jìn)行特性分析，而當(dāng)硅懸臂梁在納米尺度范疇內(nèi)時，連續(xù)介質(zhì)理論不再適用，從頭算方法和第一原理模型的計算量大，就現(xiàn)階段而言很難實現(xiàn)，因此，建立一種相對簡單精確的理論模型是十分必要的。本論文以半連續(xù)體理論為基礎(chǔ)，運用能量法，從基本的粒子間作用力出發(fā)，建立了多尺度硅懸臂梁吸附的理論模型。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)發(fā)展了水分子吸附多尺

3、度硅懸臂梁的理論模型。首次考慮了本征氧化層對多尺度硅懸臂梁特性的影響，以半連續(xù)體理論為基礎(chǔ)，運用能量法，從基本的粒子間作用力出發(fā)，為多尺度硅懸臂梁的特性分析提供了簡單有效的理論基礎(chǔ)。運用分子動力學(xué)模擬的方法對多尺度硅懸臂梁吸附的理論模型進(jìn)行分析，將理論值和模擬值相比較，驗證了該理論模型的正確性。
　　(2)建立了不同分子吸附多尺度硅懸臂梁的理論模型，首次研究了吸附分子不同對多尺度硅懸臂梁特性的影響。建立了甲烷分子吸附多尺度硅懸臂梁

4、的理論模型，并和水分子吸附多尺度硅懸臂梁的理論模型進(jìn)行了比較，進(jìn)一步探索了不同分子吸附多尺度硅懸臂梁的理論模型。
　　(3)建立了吸附層不同時多尺度硅懸臂梁的理論模型，討論了吸附層不同對多尺度硅懸臂梁特性的影響。建立了金吸附層多尺度硅懸臂梁的理論模型，并和鋁吸附層多尺度硅懸臂梁的理論模型進(jìn)行了比較，進(jìn)一步探索了吸附層不同時多尺度硅懸臂梁的理論模型。
　　(4)考慮了不同的吸附分子和吸附層對多尺度硅懸臂梁特性的影響，建立了多尺