有限元结合纳米压痕法确定ZnO薄膜的压电系数

刘伟¹，吴远志¹，叶拓¹，邓彬¹，郑学军²

1. 湖南工学院汽车泵类零部件设计制造技术国家地方联合工程实验室2. 湘潭大学机械工程学院

摘 要：为准确表征横观各向同性ZnO薄膜材料的压电性能,以沉积在硅基底上的ZnO薄膜为研究对象,结合有限元法和纳米压痕法确定了ZnO薄膜的压电系数。正向分析,用ABAQUS软件的压电模块模拟了纳米压痕实验,分别确定了薄膜压电系数与最大加载力、加载曲线指数之间的无量纲方程。反向分析,对ZnO薄膜/硅基底体系进行纳米压痕实验,将实验最大加载力和加载曲线指数代入无量纲方程,确定ZnO薄膜的压电系数为e₁₅=-0.40C/m²,e31=-0.43C/m²和e33=1.20C/m²。本结论对ZnO薄膜的实际应用具有一定的指导意义。

关键词：ZnO薄膜;压电系数;横观各项同性;有限元法;纳米压痕;