多尺度硅懸臂梁吸附的理論模型.pdf

1、納電子機械系統(tǒng)(NEMS)是納米科技的一個分支。由于納米技術(shù)的特征，納電子機械系統(tǒng)相較于微電子機械系統(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。單晶硅是微電子機械系統(tǒng)中的重要材料，硅具有優(yōu)質(zhì)的力學特性和熱學特性，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械系統(tǒng)中最具有代表性的懸臂梁之一。當硅懸臂梁表面吸附粒子

2、時，吸附效應會使得硅懸臂梁本身的特性發(fā)生改變。當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)理論來進行特性分析，而當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)。運用分子動力學模擬的方法對多尺度硅懸臂梁吸附的理論模型進行分析，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行了比較，進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行了比較，進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