MEMS粘附的分子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、雖然MEMS發(fā)展已經(jīng)有二十多年的時(shí)間了，但粘著問(wèn)題一直阻礙MEMS產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，是MEMS技術(shù)急需解決的關(guān)鍵問(wèn)題。分子動(dòng)力學(xué)模擬作為一種數(shù)字實(shí)驗(yàn)方法，可以對(duì)理論分析和實(shí)驗(yàn)觀察都難以了解的現(xiàn)象做出一定的解釋。分子動(dòng)力學(xué)模擬是研究粘著問(wèn)題的一種有效方法。 針對(duì)MEMS中的粘著問(wèn)題，本文選取Au材料，以分子動(dòng)力學(xué)模擬為研究手段，對(duì)MEMS球面模型接觸過(guò)程進(jìn)行了模擬，綜合考慮引力和斥力，并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了分析。本文首先介紹了分子動(dòng)力學(xué)模

2、擬技術(shù)的基本原理，然后建立了分子動(dòng)力學(xué)的仿真模型，并確定了分子動(dòng)力學(xué)模擬的各種仿真參數(shù)。模擬中采用EAM勢(shì)函數(shù)描述原子間的相互作用，采用Veocity-Verlet算法求解系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程。本文研究了球面模型接觸過(guò)程中原子構(gòu)型的變化；討論了在接觸過(guò)程各個(gè)階段中接觸區(qū)域的壓力分布情況；分析了接觸半徑隨著接觸力以及壓頭位移的變化關(guān)系；分析了接觸力隨著壓頭位移的變化關(guān)系以及接觸力與接觸區(qū)域原子層數(shù)的關(guān)系；分析了接觸過(guò)程中系統(tǒng)總能量隨時(shí)間的變化關(guān)系

3、以及系統(tǒng)勢(shì)能隨著壓頭位移的變化關(guān)系。 本文的創(chuàng)新之處在于首次使用C++語(yǔ)言進(jìn)行微/納觀接觸問(wèn)題的分子動(dòng)力學(xué)研究，代碼精簡(jiǎn)易懂，可移植性好，為分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)的編程風(fēng)格進(jìn)行了改進(jìn)。研究表明：壓頭逐漸趨近于基體表面時(shí)，基體表面在粘著力的作用下以“突跳”的方式與壓頭迅速接觸，得到“突跳”現(xiàn)象；當(dāng)壓頭反向撤離時(shí)，與壓頭相連的基體材料發(fā)生頸縮，得到頸縮分離現(xiàn)象；分離粘著過(guò)程中的接觸力相對(duì)于粘著接觸過(guò)程中的接觸力呈現(xiàn)明顯的滯后，這表明粘著