双层薄膜与弹性梯度基底三层结构表面失稳分析

硬薄膜/软基底结构的表面失稳问题一直是柔性电子器件的难题,基于此,本文考虑了双层结构与弹性梯度基底间的界面剪切力,建立了双层薄膜/弹性梯度基底模型;利用位移协调条件,理论推导得到了双层薄膜/弹性梯度基底结构的临界应变和失稳波长的表达式并通过有限元仿真,验证了本研究解析解的有效性。在此基础上,应用此解析解进一步研究了弹性梯度基底的材料、双层薄膜结构厚度比等参数对临界应变和波长的影响。结果表明:减小器件层的厚度或者增加封装层的厚度,可以提高双层膜/弹性梯度基底结构的稳定性;当弹性梯度材料基底表面“较软”或器件层“较硬”时,器件层与基底界面的剪切力的影响较大,可以提升三层膜/基结构抵抗界面破坏的能力。本研究成果将为硬薄膜/弹性梯度基底结构的柔性电子器件的制备提供理论支撑。

内嵌弹性区和结合力模型在薄膜/基底界面断裂中的应用

薄膜 /基底结构是微电子学和材料科学中广泛应用的典型结构。由于加工工艺中材料力学、热学性能失配等原因导致的薄膜中出现的残余应力 ,是界面裂纹的萌生和扩展的重要原因。采用三参数 (Γ0 ,σ/ σy,t)的修正的断裂过程区结合力模型 ,讨论了在塑性氛围下裂尖解理断裂的过程 ,裂尖应力分布 ,裂尖形貌和表征裂纹尖端断裂过程区特征参数对断裂过程的影响 ,并应用到均质金属薄膜