編號：CPJS05504
篇名：單晶硅的納米力學響應及其相變機制
作者：韓靜[1] ;孫甲鵬[2] ;方亮[3]
關鍵詞： 單晶硅 納米壓入 相變 塑性變形
機構： [1]中國礦業(yè)大學機電工程學院,江蘇徐州221116; [2]河海大學力學與材料學院,江蘇南京210098; [3]西安交通大學金屬材料國家重點實驗室,陜西西安710049
摘要： 硅在大規(guī)模集成電路、MEMS/NEMS、半導體工業(yè)中具有不可替代作用,但是目前對硅的塑性變形及其相變機制的理解遠未成熟.采用大規(guī)模分子動力學模擬研究（100）面的單晶硅在球形金剛石壓頭納米壓入過程中的納米力學響應、相變過程和相分布規(guī)律.結果表明：在彈性變形階段載荷-壓深曲線與Hertz接觸理論預測結果相吻合.兩者的分離點準確地預示了塑性變形的發(fā)生.金剛石結構的Si-I相向體心結構的BCT5相轉變導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倒置的金字塔形結構.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四重對稱的圖案分布.相對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相全部轉變?yōu)榉蔷Ч?研究結果確認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理,即Si-I轉變?yōu)锽CT5和Si-II相;并強調了Si-I相向BCT5相轉變對于單晶硅塑性變形的重要作用.
