单晶硅的纳米力学响应及其相变机制

硅在大规模集成电路、MEMS/NEMS、半导体工业中具有不可替代作用,但是目前对硅的塑性变形及其相变机制的理解远未成熟.采用大规模分子动力学模拟研究(100)面的单晶硅在球形金刚石压头纳米压入过程中的纳米力学响应、相变过程和相分布规律.结果表明:在弹性变形阶段载荷-压深曲线与Hertz接触理论预测结果相吻合.两者的分离点准确地预示了塑性变形的发生.金刚石结构的Si-I相向体心结构的BCT5相转变导致了单晶硅初始的塑性变形.初始形成的BCT5相在次表面形成了一个倒置的金字塔形结构.Si-II相的形成则稍微滞后一些.在较大的载荷下BCT5在压入面上形成一个四重对称的图案分布.相对于小压头条件下大的BCT5相区,大压头更有利于SiII相的发展.卸载后生成的高压Si-II相和BCT5相全部转变为非晶硅.研究结果确认了单晶硅纳米压入中BCT5相的存在;揭示了单晶硅塑性变形的相变机理,即Si-I转变为BCT5和Si-II相;并强调了Si-I相向BCT5相转变对于单晶硅塑性变形的重要作用.     

Reynolds方程在纹理表面动压润滑计算中的有效性评价

从理论上阐述了纹理表面动压润滑计算中决定Reynolds方程有效性的两个关键因素为油膜厚度与纹理特征长度的比值h/L和缩减的雷诺数re;只有当h/L和re同时趋近于零时Reynolds方程才能够获得准确的结果,并由此在h/L-Re平面上标注了Reynolds方程的适用范围.继而以二维矩形沟槽为实例,采用数值方法计算了h/L和re对Reynolds方程误差的影响规律;分析了Reynolds方程在不同条件下的失效机制;分析了矩形沟槽纹理表面Reynolds方程有效性的评价标准:当缩减的雷诺数re小于0.20,并且h/L小于0.015时能够保证Reynolds方程的误差在10%以下.