기호설명 σ: 응력, ε: 변형률, λ: 연신율
1. 서 론
Fig.1 Pillar compression test
PMMA 나노 기둥의 압축시험에 대한 분자동역학 해석
김정엽†김재현*최병익*
Molecular Dynamics Simulation for Compression Test of PMMA Nano Pillars
Jung Yup Kim, Jae-Hyun Kim and Byung Ik Choi
Key Words: Molecular Dynamics(분자동역학), PMMA, Pillar Compression Test(기둥 압축 시험)
Abstract
PMMA has been extensively adopted in Nano Imprint Lithography(NIL). PMMA nano-structures experience severe mechanical load and deformation during NIL process, and understanding its mechanical behavior is very important in designing and optimizing NIL process. One of the most promising techniques for characterizing the mechanical behavior of nano structures is nano pillar compression test. In this study, the mechanical behaviors of PMMA pillars during compression test are analyzed using Molecular Dynamics. Two methods for simulation of PMMA nano pillars are proposed.
The stress-strain relationship of nano-scale PMMA structure is obtained based on CVFF(Covalent Valence Force Fields) potential and the dependency of the applied strain rate on the stress-strain relationship is analyzed. The obtained stress-strain relationships can be useful in simulating nano-scale PMMA structures using Finite Element Method(FEM) and understanding the experimental results obtained by compression test of PMMA nano pillars.
† 한국기계연구원, 나노공정장비연구센터 E-mail : [email protected]
TEL : (042)868-7889 FAX : (042)868-7884
* 한국기계연구원, 나노공정장비연구센터
502
2. Pillar 형상 모델링
Fig. 2 Generation of Initial model
3. Pillar 압축시험 전산모사
3.1 해석 기법 1
<Before> <After>
Fig. 3 Deformed shape(Method 1)
Fig. 4 Stress-disp.(Method 1) 3.1 해석 기법 2
503
<Before> <v=200m/s>
<v=20m/s> <v=2m/s>
Fig. 5 Deformed shape(Method 2)
Fig. 6 Deformed shape of Su-8 pillar Table 1. Model size
Fig. 7 Stress-disp.(Model-1, Method 2)
Fig. 8 Stress-disp.(Model-2, Method 2)
Fig. 9 Stress-disp.(Model-3, Method 2)
Fig. 10 Stress-disp.(v=2m/s, Method 2)
Fig. 11 Stress-disp.(v=2m/s, Method 2, FEM)
504
Fig. 12 Stress-strain(v=2m/s, Method 2)
Fig. 13 Stress-strain(v=2m/s, Method 2, FEM)
4. 결 론
본 연구에서는 NIL 공정중에 발생하는 파손현
상을 분석하기 위하여 NIL에 사용되는 폴리머의
기계적 물성을 분자동역학해석을 통하여 얻고자 두가지 해석기법을 통하여 pillar compression test simulation을 수행하였다. 분자동역학 해석결과와 유한요소해석결과를 비교하여 보면 어느정도 일 치하는 결과를 얻었다. 그리고 변형모습도 다른 재질로 제작된 기존의 실험결과와 유사한 거동을 보여주고 있다. 향후 연구에서는 나노압입시험기 를 이용한 pillar compression test를 수행하여 실험 결과와 해석결과를 상호 비교하고자 한다.
후 기
본 연구는 과학기술부가 주관하는 21세기 프론
티어연구개발사업의 일환인 나노메카트로닉스기 술개발사업단의 연구비 지원에 의해 수행되었습 니다.
참고문헌
(1) J. Brandrup, Polymer Handbook 4th ed, 1998.
(2) David Porter, Group Interaction Modelling of Polymer Properties, Marcel Dekker Inc.
(3) Z.H. Stachurski, Strength and Deformation of rigid polymers: the stress-strain curve in amorphous PMMA, polymer 44 (2003), 6067-6076.
(4) http://lammps.sandia.gov/
(5)http://etd.gatech.edu/theses/available/etd-03282006-1 40619/unrestricted/shepherd_james_e_200605_phd.pdf
