层状压电半导体结构的多场耦合力学行为分析

论文摘要

压电半导体兼具压电性与半导体特性双重物理属性,是未来构建新型功能化、智能化元器件的理想材料,在信息、能源、生物、医疗和航空航天等领域具有巨大应用价值。层状结构是压电半导体器件中一种常用的结构形式。从理论上研究层状压电半导体结构的变形-极化-载流子多场耦合力学行为,对半导体器件的设计与开发至关重要。本文基于连续介质力学理论与半导体物理学基础,针对N层压电半导体复合板结构,采用Mindlin型级数展开技术,从结构的三维方程出发,并考虑在小扰动载流子增量的情况下对载流子的非线性漂移电流项进行线性化处理,把位移、电势和增量载流子浓度展开为厚度坐标的幂级数形式,导出了压电半导体层合板结构二维简化理论的基本方程。采用所建立的二维简化理论,以具体由银/n型氧化锌/铝/PET基底组成的层状压电半导体复合结构为对象,考虑电学开路条件,分别研究了其在受恒定荷载作用下的柱面静力弯曲和受周期荷载作用下的柱面稳态弯曲响应问题,导出了结构内位移、电势、电场、电位移和电子浓度分布等物理量的解析表达式。数值结果表明:外力大小、激励频率以及初始载流子浓度对结构的多场耦合力学行为有显著的调控作用。本文的研究结果为分析压电半导体器件提供了理论依据,具有重要的工程指导价值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 压电半导体材料介绍
•   1.3 压电电子学的物理机制
•   1.4 压电半导体的理论研究历史与现状
•   1.5 本文主要研究内容
• 第2章 层状压电半导体二维简化理论
•   2.1 引言
•   2.2 压电半导体的基本方程
•   2.3 层状压电半导体板的二维方程
•     2.3.1 位移模式与运动方程
•     2.3.2 电势与载流子方程
•     2.3.3 本构方程
•     2.3.4 零阶与一阶方程
•   2.4 本章小结
• 第3章 层状压电半导体板的静力弯曲分析
•   3.1 引言
•   3.2 MPMD复合结构的二维基本方程
•   3.3 MPMD复合结构的静力弯曲分析
•   3.4 数值算例与讨论
•   3.5 本章小结
• 第4章 层状压电半导体板的受迫振动分析
•   4.1 引言
•   4.2 MPMD复合板在周期荷载作用下的受迫振动分析
•   4.3 数值算例与讨论
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简介与攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 罗逸璕

导师: 陈伟球,张春利

关键词: 压电半导体,层合结构,载流子,压电电子学,多场耕合

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 力学,无线电电子学

单位: 浙江大学

分类号: TN303;O342

DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.000924

总页数: 66

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