薄膜基底結(jié)構(gòu)的振動(dòng)理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，促使各類高度集成、多功能化的器件層出不窮。薄膜基底結(jié)構(gòu)因具有這類特征日漸成為研究的熱點(diǎn)之一，在微電子、光學(xué)、物理學(xué)和材料學(xué)研究領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在集成電路、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)等微器件方面的應(yīng)用有力的促進(jìn)了人類的生產(chǎn)生活。對(duì)于薄膜基底材料而言，通常由納米尺度的薄膜和微米尺度的基底組合而成，其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單。由薄膜基底材料之間晶格常數(shù)不匹配產(chǎn)生的錯(cuò)配應(yīng)變及外界非均溫度分布引起的薄膜變形研究成為力學(xué)學(xué)科

2、重要的研究方向之一。早在1909年，Stoney建立了薄膜應(yīng)力與曲率之間的關(guān)系式，從而奠定了薄膜應(yīng)力研究的基本框架，即通過(guò)薄膜曲率的測(cè)量來(lái)計(jì)算其全場(chǎng)應(yīng)力分布。后來(lái)，大量學(xué)者通過(guò)放松Stoney基本假設(shè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)Stoney公式的擴(kuò)展，但是截至目前這些研究均主要考慮薄膜在準(zhǔn)靜態(tài)情形下的力學(xué)行為，而對(duì)于薄膜基底結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性研究鮮有涉及，成為薄膜基底結(jié)構(gòu)器件安全設(shè)計(jì)所面臨的困難。為此，本文建立了薄膜基底結(jié)構(gòu)在軸對(duì)稱和非軸對(duì)稱情形下的自由振動(dòng)方

3、程，得到了薄膜應(yīng)力關(guān)于曲率的解析表達(dá)式。隨后，以高溫超導(dǎo)薄膜為例，采用低溫環(huán)境下激光剪切干涉(CGS)技術(shù)和本文所建立的薄膜應(yīng)力與曲率之間的理論關(guān)系，首次獲得了脈沖磁場(chǎng)作用后超導(dǎo)薄膜全場(chǎng)應(yīng)力隨時(shí)間的演化特征，為后期深入研究超導(dǎo)薄膜在電磁場(chǎng)中的力學(xué)響應(yīng)提供了基礎(chǔ)。本論文的主要工作如下：
　　(1).通過(guò)考慮界面切應(yīng)力，建立了薄膜基底結(jié)構(gòu)在軸對(duì)稱情形下自由振動(dòng)方程，求得了薄膜應(yīng)力關(guān)于曲率的解析表達(dá)式，并且針對(duì)振動(dòng)方程，討論了其撓度振型