硅表面可控自組裝制造技術及仿真

目錄
前 言
第１章緒論
1.1硅表面微納結構加工技術 2
1.1.1 “自上而下”的刻蝕技術.2
1.1.2 “自下而上”的自組裝技術.4
1.2機械-化學方法制備功能化納米結構 6
1.2.1　硅表面可控自組裝微納結構制造技術7
1.2.2　硅表面可控自組裝微納結構的模擬計算10
1.3單晶硅表面超精密切削的有限元仿真發(fā)展現(xiàn)狀 12
1.4單晶硅超精密切削的分子動力學仿真發(fā)展現(xiàn)狀 14
1.5硅表面功能化自組裝膜及其性質 16
1.5.1　自組裝膜的納米機械摩擦性能檢測16
1.5.2　硅表面自組裝膜的功能化17
參考文獻18
第2章　硅表面可控自組裝的反應機理分析及微加工工藝 .22
2.1硅表面可控自組裝微納結構反應機理分析 22
2.2量子化學模擬的理論基礎 23
2.2.1　局域密度近似和廣義梯度近似24
2.2.2　贗勢26
2.3模型的建立和計算方法 27
2.3.1　建立模型27
2.3.2　計算方法29
2.4計算結果和討論 30
2.4.1　鍵角和鍵長30
2.4.2　晶面能量33
2.4.3　化學鍵布局34
2.5微加工系統(tǒng)的建立 35
2.5.1　微加工系統(tǒng)的原理36
2.5.2　微加工系統(tǒng)各組成部分介紹37
2.6微結構加工工藝研究 38
2.6.1　刀具的選取38
2.6.2　微結構加工的主要步驟42
2.6.3　加工過程中刻劃力的影響43
2.6.4　典型微結構的加工44
參考文獻46
第3章　單晶硅機械刻劃有限元理論及模型建立 47
3.1切削的基本理論 47
3.1.1　切削變形區(qū)47
3.1.2　超精密切削機理及最小切削厚度48
3.2有限元法概述 50
3.3非線性有限元基礎與求解方法及迭代的收斂判據(jù) 52
3.3.1　非線性有限元基礎52
3.3.2　非線性有限元的求解方法及迭代的收斂判據(jù)55
3.4Marc超精密切削的有限元建模 .57
3.4.1　建立超精密切削的幾何模型58
3.4.2　建立刀具和工件的材料模型58
3.4.3　建立接觸摩擦模型59
3.4.4　邊界條件的定義61
3.4.5　建立切屑的分離模型61
3.4.6　熱機耦合63
參考文獻63
第4章　單晶硅機械刻劃過程的有限元仿真 .65
4.1切屑形狀的研究 65
4.1.1　切屑形成機理的研究65
4.1.2　刀具幾何參數(shù)對切屑形狀的影響67
4.1.3　切削參數(shù)對切屑形狀的影響68
4.2單晶硅精密切削中的切削力分析 70
4.2.1　切削力隨時間的變化規(guī)律70
4.2.2　刀具幾何參數(shù)對切削力的影響71
4.2.3　切削參數(shù)對切削力的影響72
4.3單晶硅精密切削中的應力場分析 73
4.3.1　單晶硅應力場的分布73
4.3.2　刀具幾何參數(shù)對應力的影響74
4.3.3　切削參數(shù)對應力的影響76
4.4單晶硅精密切削中的溫度場分析 78
4.4.1　單晶硅超精密切削的切削溫度場78
4.4.2　刀具幾何參數(shù)對切削溫度的影響80
4.4.3　切削參數(shù)對切削溫度最大值的影響81
4.5單晶硅納米加工的三維仿真 82
4.5.1　三維有限元建模82
4.5.2　單晶硅晶面的選擇85
4.5.3　單晶硅微納結構加工過程的有限元仿真88
參考文獻90
第5章　單晶硅超精密切削的分子動力學仿真分析 .92
5.1分子動力學仿真方法及步驟 92
5.1.1　分子動力學仿真的基本思想和理論92
5.1.2　周期性邊界條件94
5.1.3　分子動力學系統(tǒng)的運動方程95
5.1.4　積分算法與勢函數(shù)96
5.1.5　系綜概念98
5.1.6　時間步長101
5.1.7　分子動力學仿真步驟101
5.2仿真模型的建立 103
5.3單晶硅切削過程的仿真分析 104
5.3.1　仿真模擬參數(shù)設定104
5.3.2　弛豫分析106
5.4切削物理參數(shù)分析 106
5.4.1　原子間勢能分析106
5.4.2　切削力分析107
5.5單晶硅納米切削機理分析 109
5.6　加工參數(shù)對硅表面切削過程的影響 111
5.6.1　切削深度對仿真結果的影響 111
5.6.2　切削速度對仿真結果的影響113
5.6.3　刀具前角對仿真結果的影響115
5.6.4　刀尖形狀對仿真結果的影響117
參考文獻120
第6章　硅表面可控自組裝微納結構制造 121
6.1實驗設備及材料 121
6.1.1　實驗設備122
6.1.2　實驗基片、藥品及試劑122
6.2硅表面可控自組裝微納結構的制造方法 123
6.2.1　硅片的預處理123
6.2.2　芳香烴重氮鹽溶液的配制124
6.2.3　利用CCD放大系統(tǒng)和微測力儀對刀 .125
6.2.4　微加工結束后的處理126
6.3可控自組裝微納結構的檢測與表征 126
6.3.1　微觀形貌的表征126
6.3.2　組成元素的分析128
6.3.3　結構和成鍵類型的分析139
6.4影響硅表面自組裝膜質量的多因素分析 143
6.4.1　不同切削刀具對成膜質量的影響143
6.4.2　切削力對表面加工質量的影響144
6.4.3　刀具切削速度對表面加工質量的影響145
6.4.4　組裝時間對自組裝膜的影響146
6.4.5　溶液濃度對自組裝膜質量的影響147
參考文獻149
第7章　硅表面可控自組裝微納結構的納米力學性能檢測 .151
7.1對自組裝膜表面接觸角的測量與分析 151
7.1.1　接觸角及其基礎理論151
7.1.2　接觸角檢測方法及接觸角儀系統(tǒng)簡介152
7.1.3　接觸角的測量和結果分析152
7.2利用AFM檢測納米摩擦性能 .154
7.2.1　基于AFM建立摩擦性能測試系統(tǒng).155
7.2.2　利用AFM接觸模式檢測摩擦性能的原理.156
7.2.3　摩擦性能的測量結果及分析157
7.2.4　納米摩擦性