發(fā)布時(shí)間：2020-10-21 02:27

　　 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和世界環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻,汽車工業(yè)正朝著電動(dòng)化,智能化和輕量化方向發(fā)展。新一代半導(dǎo)體材料GaN、ZnO等具有寬禁帶、高擊穿電場、高遷移率等優(yōu)點(diǎn),正逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)半導(dǎo)體材料運(yùn)用到新能源汽車的電力驅(qū)動(dòng)部分。同時(shí),由于這類材料兼具壓電性能,還可以制作成各種傳感器和觸發(fā)器應(yīng)用到汽車的電子控制系統(tǒng)。但對(duì)壓電半導(dǎo)體力、電耦合性能的研究還相對(duì)較少,其使用過程中的可靠性缺乏理論指導(dǎo)。三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)是研究材料強(qiáng)度和斷裂問題的一種基本方法。為了與相關(guān)試驗(yàn)相對(duì)應(yīng),本文以壓電半導(dǎo)體Ga N為研究對(duì)象,建立三點(diǎn)彎曲模型,運(yùn)用多物理場耦合軟件COMSOL Multiphysics,并結(jié)合半導(dǎo)體和壓電材料的相關(guān)知識(shí),對(duì)壓電半導(dǎo)體的強(qiáng)度及其斷裂問題進(jìn)行數(shù)值仿真分析,主要工作如下:1.基于壓電半導(dǎo)體嚴(yán)格的控制方程、本構(gòu)方程和邊界條件,通過數(shù)值仿真得到不同極化方向時(shí)介質(zhì)內(nèi)應(yīng)力、電位移和電流密度隨外加載荷的變化規(guī)律。非線性本構(gòu)方程與線性化處理的本構(gòu)方程相應(yīng)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,分析線性化處理帶來的影響。考慮半導(dǎo)體器件在實(shí)際應(yīng)用過程中與金屬接觸形成的邊界問題,研究歐姆接觸和肖特基接觸兩種電邊界條件對(duì)抗彎強(qiáng)度的影響。2.在本構(gòu)方程線性化條件下,研究不同極化方向時(shí)裂紋尖端應(yīng)力、電位移和電流強(qiáng)度因子隨外加載荷的變化規(guī)律,結(jié)合數(shù)值結(jié)果用最小二乘法擬合得到三種強(qiáng)度因子的表達(dá)式。對(duì)比線性和非線性方程計(jì)算結(jié)果之間的差異。運(yùn)用J積分分析非線性斷裂問題,給出壓電半導(dǎo)體的局部J積分J_l,并研究J_l隨外加載荷的變化規(guī)律。
【學(xué)位單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U463.6;TN303
【部分圖文】：

圖 2.2 三點(diǎn)彎曲模型樣長度 l 40mm,寬度 b 4mm,高度 w 3mm選取的跨距為 s 3出的三點(diǎn)彎曲模型的彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式為：2f23bwFs ， f ——彎曲強(qiáng)度，單位兆帕（MPa）， ——夾具的下跨距，單位毫米（mm）， ——外加集中力載荷，單位牛頓（N）；于標(biāo)準(zhǔn)中的測試方法及強(qiáng)度計(jì)算公式是針對(duì)純彈性材料的，而壓的力學(xué)和電學(xué)性能，使得純彈性的理論并不一定能準(zhǔn)確的檢測出度。因此我們從壓電半導(dǎo)體的基本方程出發(fā)，計(jì)算出材料內(nèi)部各加載荷之間的關(guān)系，并對(duì)壓電半導(dǎo)體的強(qiáng)度問題進(jìn)行分析。但是的基本方程有很強(qiáng)的非線性，使得分析求解這類問題變的非常困

其 x 方向自由。對(duì)于其它邊界均不施加約束。圖 2.3 試樣加載模型圖2.4給出了試樣模型的網(wǎng)格劃分情況，模型采用映射的四邊形網(wǎng)格劃分。由于上下表面有較大的載流子變化，對(duì)網(wǎng)格的要求比較高。為了使計(jì)算結(jié)果做夠精確并且最大程度的減少計(jì)算時(shí)間，在上下表面附近劃分的網(wǎng)格較密，在遠(yuǎn)離邊界的中間區(qū)域網(wǎng)格可以劃分的較為稀疏。圖 2.4 模型的網(wǎng)格劃分2.4 歐姆接觸邊界條件下數(shù)值分析上節(jié)我們介紹了金屬和半導(dǎo)體之間接觸形成的兩種電邊界條件，在相同加載條件下兩種類型的接觸會(huì)導(dǎo)致半導(dǎo)體的伏安特性，載流子分布和電場分布的電壓 Va試樣加載力 F金屬電極exyo

0,0,0,/2;DJywyyxyyny 肖特基結(jié)的存在，數(shù)值模型在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)必須要考慮特征尺是由于金屬和半導(dǎo)體內(nèi)部的電子及空穴載流子都帶有電荷，根據(jù)異性相吸的規(guī)律，任一帶電粒子總是被一些異性粒子包圍，所以作用在一定的距離內(nèi)，超過這個(gè)距離，基本上就被周圍異性粒子。因此，對(duì)于兩個(gè)帶電的粒子只有彼此之間距離小于德拜長度時(shí)作用的電力。德拜長度可以用以下關(guān)系式表示[63]：,D2BDqNkTL (表示摻雜濃度， 表示半導(dǎo)體的絕對(duì)介電常數(shù)(2.5)給出了數(shù)值模型的網(wǎng)格劃分情況，對(duì)金屬與半導(dǎo)體接觸界面密，使其小于德拜長度。由于 y 極化方向時(shí)試樣上下表面會(huì)聚集們也對(duì)其進(jìn)行了加密處理。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2849502