單晶硅的納米力學(xué)響應(yīng)及其相變機(jī)制

編號(hào)：CPJS05504

篇名：單晶硅的納米力學(xué)響應(yīng)及其相變機(jī)制

作者：韓靜[1] ;孫甲鵬[2] ;方亮[3]

關(guān)鍵詞： 單晶硅 納米壓入 相變 塑性變形

機(jī)構(gòu)： [1]中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,江蘇徐州221116; [2]河海大學(xué)力學(xué)與材料學(xué)院,江蘇南京210098; [3]西安交通大學(xué)金屬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710049

摘要： 硅在大規(guī)模集成電路、MEMS/NEMS、半導(dǎo)體工業(yè)中具有不可替代作用,但是目前對(duì)硅的塑性變形及其相變機(jī)制的理解遠(yuǎn)未成熟.采用大規(guī)模分子動(dòng)力學(xué)模擬研究（100）面的單晶硅在球形金剛石壓頭納米壓入過(guò)程中的納米力學(xué)響應(yīng)、相變過(guò)程和相分布規(guī)律.結(jié)果表明：在彈性變形階段載荷-壓深曲線與Hertz接觸理論預(yù)測(cè)結(jié)果相吻合.兩者的分離點(diǎn)準(zhǔn)確地預(yù)示了塑性變形的發(fā)生.金剛石結(jié)構(gòu)的Si-I相向體心結(jié)構(gòu)的BCT5相轉(zhuǎn)變導(dǎo)致了單晶硅初始的塑性變形.初始形成的BCT5相在次表面形成了一個(gè)倒置的金字塔形結(jié)構(gòu).Si-II相的形成則稍微滯后一些.在較大的載荷下BCT5在壓入面上形成一個(gè)四重對(duì)稱的圖案分布.相對(duì)于小壓頭條件下大的BCT5相區(qū),大壓頭更有利于SiII相的發(fā)展.卸載后生成的高壓Si-II相和BCT5相全部轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷Ч?研究結(jié)果確認(rèn)了單晶硅納米壓入中BCT5相的存在;揭示了單晶硅塑性變形的相變機(jī)理,即Si-I轉(zhuǎn)變?yōu)锽CT5和Si-II相;并強(qiáng)調(diào)了Si-I相向BCT5相轉(zhuǎn)變對(duì)于單晶硅塑性變形的重要作用.