纳米悬臂梁Si/Cu界面破坏的弹塑性内聚力模拟

实验测试表明[ThinSolidFilms5161925-1930]，纳米悬臂梁Si/Cu/SiN/Pt/C在弯曲载荷作用下发生沿Si/Cu界面的分层破坏，其载荷—位移曲线表现出明显的非线性行为。本文基于连续介质力学模型，对该实验观察到的界面裂纹萌生和沿界面扩展过程进行了数值模拟计算与分析。模拟计算中，采用指数型内聚力来表征Si/Cu界面本构关系，对Cu薄层分别按照线弹性和遵守Ramberg-Osgood型弹塑性本构关系来处理。通过与实验结果校准的方法，确定了该纳米悬臂梁中Si/Cu界面的结合强度诸参数。研究发现，内聚强度和内聚能是该内聚力模型的主导性参数；Cu薄膜层遵从线弹性本构关系更为适合于描述Si/Cu界面的分层破坏；与块体材料相比，纳米尺寸的Cu材料表现出很高的屈服应力和硬化指数，因此在整个过程中产生的塑性变形很小，这与前述的实验结果是一致的。