单晶硅微米压痕过程的有限元分析（开题报告）.doc

单晶硅微米压痕过程的有限元分析（开题报告）
1 课题的目的及意义
1.1 研究目的及意义
近年来微压痕、纳米压痕实验被广泛应用于测定各种固体材料的力学性质。因为压痕实验可以从两个方面反映材料的力学特性，其一为试验过程中连续记录的载荷-压痕位移曲线，其二为压头下方材料在受压变形过程中的演化特征以及卸载后残留的压痕形貌特征。通过载荷-压痕位移曲线可以获得材料的弹性模量、硬度、硬化指数以及屈服强度等;而通过对卸载后的压痕残余形貌研究，可以定性的研究材料的塑性特性、位错形态演化以及确定压痕变形机理等。另外压痕实验还可用于测定蠕变性能，残余应力等，并且常被用来测定材料发生塑性变形行为。
随着微电子工业的发展，人们迫切需要知道黏附在机体上薄膜的性质。但是用传统的实验手段无法获得黏附在机体上薄膜的性质，因为块体形式的材料其性质不同于薄膜形式的材料。而且由于微压入压痕深度一般控制在微米甚至纳米尺度，所以成为薄膜、各类涂层、材料表面及其改性的力学性能检测的理想手段。该实验技术不断向微电子、集成微光机电系统、生物材料、医疗器材、微机械等领域延伸，已成为检测材料微小区域力学性能的有效手段。总之，压痕实验作为一种简单的、方便的、局部的、非破坏方法已经得到了广泛的应用。
一直以来, 单晶硅是电力电子、微机械、场致发光器件等的重要材料, 特别是作为大规模集成电路（IC）基板发挥着重要作用。其主要表现在IC技术上，因为IC技术的发展离不开基础材料单晶硅片,全球90%以上的IC都要采用单晶硅片。并且集成电路(IC)是现代信息产业和信息社会的基础。IC技术是推动国民经济和社会信息化发展最主要的高新技术,也是改造和提升传统产业的核心技术。随着IC技术的飞速发展,集成度越来越高,元件的设计越来越复杂,其特征尺寸的数量级已超过微米量级而接近纳米量级，而这就要涉及到超精密加工。材料的超精密加工机理研究对提高集成电路的超精密加工技术发展起着非常重要作用。
由上可知，压痕实验能测定给偶中固体材料的材料特性，这对当代工业的发展极其重要，而微压痕实验的研究能加快超精密加工技术的发展，并且单晶硅片是IC技术发展的基础材料。因此，单晶硅压痕实验研究对单晶硅超精密加工技术的发展乃至当代工业的发展非常重要。本课题的研究目的就是通过研究单晶硅表面的微压痕过程，分析单晶硅的材料性能，如：弹性模量、硬度、硬化指数以及屈服强度等，对得出的数据进行分析比较，并对其可能产生的作用效果等进行预测，得以对提高集成电路的超精密加工技术起重要作用，从而推动国民经济和社会信息化发展。