论文题目: 纳机电系统中气体吸附解吸附问题研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 王平
导师: 黄庆安
关键词: 纳机电系统,吸附,解吸附,谐振频率,品质因数
文献来源: 东南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在微机电系统(MEMS)领域,随着对器件参数要求的提高,器件尺寸进一步缩小至亚微米甚至是纳米尺度,从而出现了一个基于MEMS技术而出现的新概念——纳机电系统(NEMS)。但纳机电系统并不单纯是微机电系统在器件尺寸上的缩小,其研究方法也不能简单地通过将MEMS研究方法缩小尺寸而得到。因为,在纳米尺度下,NEMS器件的一些行为已经不能够完全用经典物理来描述,量子效应逐渐显现出来。同时,随着器件尺寸的缩小,器件的比表面积(S/V,S表示器件的表面积,V表示器件的体积)增大,各种表面效应也越来越明显。其中,器件工作环境气体的吸附问题所带来的影响,又是表面效应中的一个主要方面。本文采用吸附动力学中吸附平衡的思想,从吸附的基本原理出发,以单层吸附理论分析方法为基础,用多层吸附理论对气体吸附问题所引起的对NEMS谐振器件的谐振频率和品质因数的影响作了相应的理论分析,对结果按照影响参数分类作了数值仿真,并和单层吸附理论的结果进行了比较。最后对于已有的气体吸附解吸附问题对NEMS谐振器件的噪声影响作了一个简要介绍。数值仿真结果显示,不论是单层吸附理论还是多层吸附理论,其相同点在于都有个饱和吸附量,只是饱和的条件不同,这也是两种理论的主要差别之处,其外在表现是两种理论适用范围的不同。单层吸附理论适用于低压的情况,而多层吸附理论适用于较高的压强。本课题对于进一步研究纳机电系统器件的工作原理具有一定的指导意义。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 课题研究背景——微纳机电系统简介
1.2 本课题主要工作及内容安排
1.3 课题国内外进展情况
第二章 吸附~解吸附理论
2.1 固体表面特性
2.2 吸附的本质——吸附力理论和固体表面的力场分布
2.2.1 两个原子之间的作用力与势能
2.2.2 吸附原子势能的计算
2.3 吸附动力学
2.4 吸附平衡理论和平衡吸附量的计算
2.4.1 Langmuir 单层吸附理论
2.4.2 BET 多层吸附理论
2.5 小结
第三章 振动理论
3.1 简谐振动
3.2 单自由度系统的自由振动
3.2.1 无阻尼自由振动
3.2.2 有粘性阻尼的自由振动
3.3 单自由度系统的强迫振动
3.4 谐振梁振动理论
3.5 小结
第四章 NEMS 中气体吸附问题对器件谐振频率的影响
4.1 理论推导过程
4.1.1 吸附理论公式
4.1.2 双端固支梁的谐振频率及微小质量改变对谐振频率的影响
4.1.3 三种吸附理论所得到的Δm 对Δf 的影响
4.2 数值仿真及讨论
4.2.1 温度恒定时气体压强的影响
4.2.2 BET 多层吸附理论中常数c 的影响
4.2.3 压强恒定时温度的影响
4.3 小结
第五章 NEMS 中气体吸附问题相关品质因数Q_(surfac)的计算及其对器件品质因数Q 的影响
5.1 气体吸附相关品质因数Q_(surfac)的计算
5.1.1 吸附问题中的等效杨氏模量及品质因数Q 的计算方法
5.1.2 表面吸附层厚度δ的计算及最终品质因数Q 值的表达式
5.2 吸附问题对器件品质因数的影响
5.3 等效阻尼系数的求解
5.4 小结
第六章 气体吸附~解吸附过程的噪声影响
第七章 结束语
7.1 总结
7.2 本课题的后续课题研究方向建议
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
致 谢
发布时间: 2007-06-11
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