硅晶體納米加工性能研究.pdf

1、半導(dǎo)體材料硅在國(guó)防和民用商業(yè)中有著重要作用，其超精密加工技術(shù)具有戰(zhàn)略性意義，而對(duì)其納米加工性能的探究將為硅片加工的發(fā)展提供更為廣闊的空間。在納米級(jí)加工過(guò)程中，加工尺度達(dá)到了原子級(jí)別，這與傳統(tǒng)加工有著較大差別。分子動(dòng)力學(xué)技術(shù)是一種有效的材料納米級(jí)加工性能的研究方法，被廣泛用于材料性能的理論研究。納米壓痕與劃痕技術(shù)是一種精確的材料性能檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠清晰的分析出材料的相關(guān)加工性能。本文基于分子動(dòng)力學(xué)方法結(jié)合納米壓痕劃痕實(shí)驗(yàn)對(duì)

2、硅晶體性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)研究:
　　基于GPU加速技術(shù)，搭建了大規(guī)模的分子動(dòng)力學(xué)仿真平臺(tái)，對(duì)于氫原子膨脹過(guò)程測(cè)試可以實(shí)現(xiàn)仿真規(guī)模達(dá)到亞微米級(jí)別，原子數(shù)目達(dá)到千萬(wàn)以上。結(jié)合經(jīng)典勢(shì)能函數(shù)，提出了復(fù)雜體系勢(shì)能函數(shù)模型的構(gòu)建方法。
　　根據(jù)分子動(dòng)力學(xué)的基本原理，構(gòu)建了納米壓痕與納米劃痕的仿真過(guò)程。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制了納米壓痕過(guò)程中的載荷-位移曲線;計(jì)算了硅的納米硬度，其值在9.0Gpa與11.0Gpa之間;研究了納米劃痕過(guò)程中溫度、力、

3、能量等的變化，分析了單晶硅材料變形與材料去除機(jī)理，并應(yīng)用統(tǒng)計(jì)鄰位配位數(shù)方法分析了材料損傷層形成的原因;比較了不同參數(shù)（晶面、深度、載荷、速度等）對(duì)于硅晶體加工性能的影響。
　　基于理想硅晶體的結(jié)構(gòu)，建立了含有硅晶體的各種缺陷結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用第一性原理對(duì)模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行了檢驗(yàn)，誤差均小于百分之五。研究了空位缺陷與堆垛層錯(cuò)對(duì)于硅晶體加工性能的影響，通過(guò)與理想硅晶體的加工性能比較表明缺陷結(jié)構(gòu)的存在會(huì)降低材料的硬度，含有缺陷結(jié)構(gòu)的硅晶體不利