硅晶體納米加工性能研究.pdf

1、半導體材料硅在國防和民用商業(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。在納米級加工過程中，加工尺度達到了原子級別，這與傳統(tǒng)加工有著較大差別。分子動力學技術(shù)是一種有效的材料納米級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的實驗方法，通過實驗結(jié)果能夠清晰的分析出材料的相關(guān)加工性能。本文基于分子動力學方法結(jié)合納米壓痕劃痕實驗對

2、硅晶體性質(zhì)進行了相關(guān)研究:
　　基于GPU加速技術(shù)，搭建了大規(guī)模的分子動力學仿真平臺，對于氫原子膨脹過程測試可以實現(xiàn)仿真規(guī)模達到亞微米級別，原子數(shù)目達到千萬以上。結(jié)合經(jīng)典勢能函數(shù)，提出了復雜體系勢能函數(shù)模型的構(gòu)建方法。
　　根據(jù)分子動力學的基本原理，構(gòu)建了納米壓痕與納米劃痕的仿真過程。根據(jù)計算結(jié)果，繪制了納米壓痕過程中的載荷-位移曲線;計算了硅的納米硬度，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理，并應(yīng)用統(tǒng)計鄰位配位數(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)用第一性原理對模型的準確性進行了檢驗，誤差均小于百分之五。研究了空位缺陷與堆垛層錯對于硅晶體加工性能的影響，通過與理想硅晶體的加工性能比較表明缺陷結(jié)構(gòu)的存在會降低材料的硬度，含有缺陷結(jié)構(gòu)的硅晶體不利