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微纳电子器件中具有表面微结构的印章转印机理研究

作　者: 李祥辉
导　师: 柴国钟; 吴化平
学　校: 浙江工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 转印印章界面分层微结构剪切
分类号: TN605
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着电子器件微型化的发展,传统电子器件的制备技术难以满足制备要求,转印技术应运而生。转印技术是一种通过印章将不同类型的微纳米材料从其生长的源基体有序转印到目标基体上并进行组装,最终形成功能器件的技术。转印技术主要由转移和印刷两个过程组成,如何将微纳米材料成功转印到目标基体是转印技术的关键。转印过程中,印章、微纳米材料和基体组成三明治结构,包括印章/微纳米材料和微纳米材料/基体两个界面,界面的分层是影响转印成功的关键。目前,转印的研究主要对印章/微纳米材料界面的分层进行分析,往往忽略微纳米材料/基体界面对转印的影响。在实际转印过程中,两个界面竞争分层,分层的顺序直接决定转印的成败。针对两个界面竞争分层的研究往往仅针对界面裂纹长度对转印连续薄膜器件的影响,缺少综合考虑印章结构、转印器件结构、速度等多种因素的影响规律。本文在考虑两个界面之间竞争分层的基础上,分析转印连续薄膜、离散阵列结构过程中速度、印章结构及性能和剪切载荷对转印的影响。主要研究内容及成果如下：1.针对连续薄膜转印过程中的三明治结构模型,建立对应的力学模型,选择两个界面竞争分层的断裂准则,数值计算三明治结构模型中上下界面的能量释放率,分析界面缺陷、薄膜厚度、基体和印章材料性能对薄膜转印的影响,给出了这几种因素对转印连续薄膜器件的影响规律。2.利用平板印章和柱状结构印章转印离散阵列结构,分析两种印章的区别,理论计算发生顶部塌陷和侧向塌陷时离散阵列结构高度和间距与印章微结构高度之间的关系,数值分析了阵列结构宽度、高度,柱状印章结构柱子尺寸和印章材料粘弹性对离散阵列结构转印的影响。3.柱状结构印章表面具有微结构时,印章与微纳米材料界面不连续,微结构会影响转印过程。利用90。剥离实验相应理论计算了印章线性阵列微结构对印章／微纳米材料界面能量释放率的影响,并数值分析了印章表面线性阵列微结构对印章／微纳米材料界面的影响,确定印章微结构对转印的影响规律。4.印刷过程中,移动目标基体,然后提起印章,界面受法向载荷和切向载荷共同作用。分析剪切位移对印章/微纳米材料界面能量释放率的影响。综合考虑印章微结构与剪切位移对转印的影响。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章绪论  12-22
  1.1 课题研究背景及意义  12-13
  1.2 研究现状  13-20
    1.2.1 速度动态控制  14-16
    1.2.2 印章微结构辅助转印  16-17
    1.2.3 剪切载荷辅助转印  17-18
    1.2.4 激光驱动转印  18
    1.2.5 气体驱动转印  18-20
  1.3 本文研究的主要内容  20-22
第2章连续薄膜转印分析  22-36
  2.1 连续薄膜转印过程介绍  22
  2.2 转印过程力学模型及数值计算方法  22-24
    2.2.1 转印过程力学模型及转移和印刷成败的判断依据  22-24
    2.2.2 计算方法  24
  2.3 数值方法可行性验证  24-25
  2.4 各因素对转印机制的影响  25-34
    2.4.1 界面缺陷对应变能量释放率的影响  25-27
    2.4.2 薄膜厚度对对应变能量释放率的影响  27-28
    2.4.3 基体材料弹性性能对应变能量释放率的影响  28-29
    2.4.4 印章材料性能对应变能量释放率的影响  29-34
      2.4.4.1 印章材料弹性模量对能量释放率的影响  30-31
      2.4.4.2 速度对能量释放率的影响  31-33
      2.4.4.3 松弛时间τ_1对能量释放率的影响  33-34
  2.5 本章小结  34-36
第3章离散阵列结构转印分析  36-54
  3.1 印章结构  36-37
  3.2 印章顶部塌陷  37-41
  3.3 侧向塌陷  41-42
  3.4 转印模型分析  42-44
  3.5 各因素对转印机制的影响  44-51
    3.5.1 不同裂纹长度对能量释放率的影响  44-47
    3.5.2 薄膜阵列结构间距对转印的影响  47-48
    3.5.3 柱状结构印章柱子尺寸对转印的影响  48-49
      3.5.3.1 柱状结构印章柱子宽度对转印的影响  48-49
      3.5.3.2 柱状结构印章柱子高度对转印的影响  49
    3.5.4 印章材料粘弹性性能的影响  49-51
      3.5.4.1 速度对能量释放率的影响  49-50
      3.5.4.2 松弛时间τ_1对能量释放率的影响  50-51
  3.6 本章小结  51-54
第4章表面具有微结构的印章对转印的影响  54-66
  4.1 印章表面微结构  54-55
  4.2 粘附力作用下顶部塌陷与侧向塌陷  55-56
  4.3 印章表面微结构对界面能量释放率的影响  56-61
  4.4 数值计算印章表面微结构对转印的影响  61-64
    4.4.1 界面扩展方向与线性阵列结构方向垂直  61-63
    4.4.2 界面扩展方向与线性阵列结构方向平行  63-64
  4.5 本章小结  64-66
第5章剪切辅助对转印的影响  66-74
  5.1 剪切辅助对应力分布的影响  66-67
  5.2 断裂准则的确定  67-68
  5.3 印章表面无微结构时剪切辅助对转印的影响  68-69
    5.3.1 剪切位移对印章/微纳米材料界面的影响  68-69
    5.3.2 剪切位移对转印过程中上下界面竞争分层的影响  69
  5.4 界面扩展方向与线性阵列结构方向垂直  69-71
    5.4.1 剪切位移对印章/微纳米材料界面的影响  69-70
    5.4.2 剪切位移对转印过程中上下界面竞争分层的影响  70-71
  5.5 印章表面线性阵列微结构方向平行于界面分层方向  71-73
    5.5.1 剪切位移对印章/微纳米材料界面的影响  71-72
    5.5.2 剪切位移对转印过程中上下界面竞争分层的影响  72-73
  5.6 本章小结  73-74
第6章总结与展望  74-76
  6.1 总结  74-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
攻读学位期间参加的科研项目和成果  82

微纳电子器件中具有表面微结构的印章转印机理研究

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