1. 研究目的与意义
目前实现微纳螺旋可控性最好的生长方法为自卷曲法。该方法在1999年由Prinz等人提出，他们结合自上而下和自下而上手段发明了一种新的技术来制备三维结构，他们成功制备出III-V化合物半导体纳米管和纳米螺旋制备SiGe/Si, SiGe/Si/Cr 以及Si/Cr三维微纳结构，需要用到半导体薄膜外延生长、金属层电子束蒸发、光刻、反应离子刻蚀、选择化学腐蚀以及干燥等技术。 螺旋角小于45度的密排螺旋已经在SiGe/Si和SiGe/Si/Cr材料中得到实现。这是由于边缘效应的存在，即纳米带边缘释放初应力产生了一个额外力矩，减小纳米带宽度将增强这种效应影响卷曲过程，克服由于宽纳米带的体效应而带来的几何结构约束。虽然现有的closed-form理论可以估算单轴应力释放下的纳米螺旋半径和应力分量，但是无法描述双轴力矩作用下应力引入的自卷曲机制，及形成螺旋的几何。 其中，Cosserat曲线这一概念首先在1909年由E. 和F. Cosserat[1]提出，他们用三个方向矢量来定义一条曲线，并用四个矢量场来表示该曲线，即Cosserat曲线。经过不断地研究与完善，建立起一套完整的Cosserat曲线理论，而且将该理论应用于弹性细杆的研究，从而形成弹性细杆三维非线性平衡理论，即弹性细杆的Cosserat曲线理论。Cosserat曲线理论及其在弹性细杆末端受力和力矩平衡问题中的应用，这是理解纳米螺旋材料生长机制的基础。 微纳材料作为构成MEMS、NEMS的基本元件，已经成为材料、物理、化学等领域研究人员关注的焦点。本论文以微纳螺旋材料作为研究对象，揭示并解释了微纳螺旋材料的生长机理（以Si（111）为基底的SiGe/Si/Cr纳米带螺旋的可控生长），特别是螺旋角小于45的多层密排微纳螺旋的形成原因。
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2. 研究内容和预期目标
研究内容： 由于Si(100)基底侧向腐蚀各向异性，且纵向腐蚀速率小，所以目前人们研究的SiGe/Si自卷曲微纳米结构大多生长于Si(100)基底。而且，在(100)面Si材料杨氏模量各向异性，从而提供了优先卷曲方向使纳米带卷曲成螺旋结构。与Si(100)基底不同，Si(111)基底的杨氏模量、泊松比和切模量各向同性，这对避免各向异性单晶硅结构的微纳米电子机械系统来说是优点。而且Si(111)基底的侧向腐蚀速度很小，所以该基底很适合用来作为异质卷曲结构的基底。综上所述，Si(111)基底上微纳米结构的卷曲规律很值得研究。本课题旨在研究Si(111)基底上SiGe/Si/Cr纳米带螺旋的可控生长。 预期目标： 1.了解自卷曲法原理，及形成的密排多层微纳螺旋。 2.了解SiGe/Si/Cr密排纳米螺旋的制备，手征性，卷曲方向，以及直径的影响。 3.选择Si（111）作为合适的基底，研究SiGe/Si/Cr纳米带螺旋的可控生长。 |
3. 研究的方法与步骤
文献研究法：根据一定的研究目的或课题，通过调查文献来获得资料，从而全面地，正确的理解课题。
数学方法：用数学工具对研究对象进行一系列的处理，从而作出正确的说明和判断，得出科学的研究结果。
步骤：
4. 参考文献
戴璐，《面向微纳电子机械系统应用的微纳螺旋生长机理及性质研究》, 2010. J. A. Roberts, in Spring Design and Calculations, Stechert Hafner, New York 1951. I. Chen and A. Rosenflanz, Nature 1997, 389, 701. F. L. Riley, J. Am. Ceram. Soc. 2000, 83, 245. E. and F. Cosserat, Theorie des corps deformables. Hermann, Paris 1909. H. Cohen, Int. J. Eng. Sci. 1966, 4, 511. A. B. Whitman and C. N. DeSilva, J. appl. Math. Phys. (ZAMP) 1969, 20, 200. C. N. DeSilva, and A. B.Whitman, J. Math. Phys. 1971,12, 1603. A. B. Whitman and C. N. DeSilva, Int. J. Solids Structures 1970, 6, 411422. S. Iijima, Nature 1991, 354, 56. Y. Cui, C. M. Lieber, Science 2001, 291, 851. Y.Wu, J. Xiang, C. Yang, W. Lu, C. M. Lieber, Nature 2004, 430, 61. |
5. 计划与进度安排
1. 第七学期1418周: 学生网上选题，视学生选题情况作适当调整。选题结束，指导老师向学生下达任务，学生根据要求收集资料。 2. 1920周：指导教师完成毕业论文任务书的填写。 3. 第八学期1周2022年3月2日-3月6日：毕业论文工作动员，组织指导老师和青年教师进行交流、培训。 4. 12周2022年3月2日-3月13日：指导教师向学生讲授所选论题的状况和要求等。 5. 23周2022年3月9日-3月20日：指导教师修改和审定学生论文开题报告。 6. 413周2022年3月23日-5月29日：学生按开题报告撰写论文。 7. 910周2022年4月27日-5月10日：学生汇报课题进展情况，回答教师提问。各系进行自查，并配合教务处论文中期检查。 8. 12周2022年5月18日-5月24日：指导教师批阅论文初稿，提出修改意见。 9. 1314周2022年5月25日-6月3日：经指导老师批阅，达到质量要求后定稿。 10. 1415周2022年6月4日-6月10日：指导教师写出评语，给出成绩等第;评阅教师评阅。 11. 1516周2022年6月11日-6月17日：学生答辩，答辩委员会提出终审意见，确定成绩，填写评议书。 12. 16周2022年6月18日：整理材料，做好总结，上报教务处。 |
