基于单晶硅各向异性特征的纳米压痕过程有限元仿真研究

本文采用各向异性弹塑性材料本构关系,利用非线性有限元软件MSC.Marc建立了单晶硅纳米压痕过程的三维模型,分别用玻氏、维氏、圆锥形和球形压头对单晶硅(100)晶面进行了纳米压痕过程的仿真分析,研究了单晶硅对于不同形状的压头、不同压头半锥角、不同最大加载力的加、卸载响应特性。仿真结果表明,压入相同深度时,圆锥形压头所需载荷最小,材料对圆锥形和球形压入产生的应力应变分布呈现出各向异性,体现了单晶硅在不同晶向上的材料性能存在差异。当最大加载力为25mN时,仿真得出维氏压头在单晶硅(100)晶面产生的压痕深度约为300nm,与相应实验结果基本相符。