Si-Cu表面微納加工過程的準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)方法模擬研究.pdf

1、隨著微電子技術(shù)和微系統(tǒng)研究的進(jìn)展，材料變形的微觀機(jī)理研究也越來越受到人們的重視。在微納加工過程中，材料以離散的數(shù)個原子或原子層的方式去除，因此加工過程中的能量分配、已加工表面的形成、材料的去除等都與常規(guī)加工存在巨大的差別。在載荷的作用下，微小的構(gòu)件常常會表現(xiàn)出與宏觀條件下所不同的特性。建立在連續(xù)介質(zhì)理論基礎(chǔ)上的宏觀力學(xué)分析方法不再適用于微觀尺度下材料變形的研究，而分子動力學(xué)等微觀尺度的模擬方法由于計算量太大，無法在普通的計算機(jī)上實現(xiàn)較大

2、模型的模擬。因此，結(jié)合連續(xù)介質(zhì)尺度和原子尺度的多尺度方法近年來受到人們的廣泛關(guān)注。
　　準(zhǔn)連續(xù)介質(zhì)方法(Quasicontinuum Method，QC)是多尺度方法的一種。其核心思想是在變形梯度變化較小的區(qū)域采用有限元方法，以“代表原子”(Representative Atoms)進(jìn)行粗化描述。在缺陷密度較高、變形梯度變化比較劇烈的區(qū)域?qū)γ總€原子采用分子動力學(xué)來精細(xì)描述。從而，在不失精確的情況下極大地減少問題的自由度和計算量，以

3、實現(xiàn)較大尺寸試件的原子尺度模擬。
　　本文采用QC方法對銅和硅的微納加工過程進(jìn)行了模擬，其中銅原子和硅原子之間相互作用分別采用EAM勢和SW勢來計算，通過模擬得到不同條件下的銅和硅在微納加工過程中表層原子的相互作用、變形以及斷裂的規(guī)律，據(jù)此推斷出由Si基底鑲嵌Cu的Si/Cu復(fù)合材料微納加工應(yīng)采取的技術(shù)策略。模擬研究結(jié)果表明:微納加工過程中外加載荷與凸臺寬高比且呈線性變化，外加載荷Fmax與殘留原子層數(shù)和凸臺寬高比的乘積n滿足一定