《壓電半導體的斷裂失效》是依託鄭州大學，由趙明皞擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：壓電半導體的斷裂失效
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：趙明皞
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
壓電半導體是一種兼具壓電性質的半導體材料，有著廣泛的套用領域和巨大的套用前景。本項目從理論、數值和實驗三方面研究壓電半導體材料的斷裂失效，給出以壓電半導體裂紋面上的不連續位移、不連續電勢、不連續載流子密度和不連續溫度為基本綜量的廣義不連續位移基本解；研究不同邊界條件下的斷裂模型，建立壓電半導體斷裂問題的廣義不連續位移邊界積分方程通用理論方法；研究以壓電介質的數值方法和導體的數值分析方法為基礎的“壓電-導體”疊代數值方法；研究真實裂紋腔這類特殊薄壁區域中的電、熱場的數值分析方法，模擬裂紋腔內電、熱場的貢獻和影響；建立壓電半導體的非線性斷裂模型和斷裂失效準則；研究壓電半導體在力-電聯合載荷作用下的斷裂失效實驗方案和實驗方法；研究壓電半導體的斷裂失效行為，揭示壓電半導體材料的斷裂失效機理。通過本項目的研究，初步構建壓電半導體斷裂理論體系，為壓電半導體器件的可靠性設計和評估提供理論基礎。
結題摘要
力、電等性能直接影響著壓電半導體的耐久性和可靠性，但多場耦合特性給實驗測試帶來很大困難。本項目從理論、數值、實驗三方面研究給出了的壓電半導體變形、斷裂失效形式，具體取得了以下成果：1、從嚴格的壓電半導體平衡方程、本構方程、邊界條件出發，提出了一種“壓電−半導體”的非線性耦合疊代計算方法，為壓電半導體器件結構分析提供了科學有效的計算工具；2、採用攝動理論，基於壓電半導體完全耦合的非線性方程，研究了壓電PN結的典型特性，包括機電場、內建電勢和電流-電壓特性；3、考慮尺度效應和撓曲電效應，基於微分運算元法，推導壓電半導體納米線在受兩端軸向拉力情況下的理論解；4、利用壓電介質和拉普拉斯方程的格林函式，得到了含有體積分的廣義不連續位移表示的超奇異邊界積分方程，分析裂紋尖端各種物理場的奇異性和奇異行為，建立以裂紋面上廣義不連續位移為基本未知量的強度因子表達式；5、根據Almansi’s理論與微分運算元理論，運用Fourier變換和Hankel變換，得到廣義不連續位移基本解，運用不連續位移方法，研究了考慮熱效應的二維、三維壓電半導體線性斷裂問題研究；提出壓電半導體子區域邊界元方法，研究壓電半導體非線性斷裂問題；6、搭建了壓電半導體實驗平台，研製了壓電半導體類材料力場、電流場、高壓電場及其耦合載入的實驗方法、壓電半導體斷裂實驗系統，研製了壓電半導體極化裝置和極化系統、預製微型裂紋的實驗裝置及系列有效的輔助實驗裝置；7、測定了氮化鎵與燒結銀電極的接觸條件，給出了電場和電流對壓電半導體彎曲強度的影響，測試了多場耦合下氮化鎵壓電半導體材料的斷裂韌性。本項目建立了力電耦合載荷作用下的壓電半導體斷裂準則，初步構建了壓電半導體多場彎曲、斷裂失效分析體系。
