283 / 2019-09-28 09:26:01

单晶硅纳米力学行为——外部尺寸效应

计算力学新方法，新理论 > 微纳米尺度理论与计算

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，深入理解硅的纳米力学行为和变形机制对单晶硅超光滑表面制造、MEMS/NEMS的服役安全和可靠性具有重要的意义。在纳米尺度下，单晶硅表现出很大的塑性，已经发现的塑性变形机制包括高压相变、位错滑移、孪晶、滑移带四种。但是，对于这几种变形机制发生的尺寸因素、发生的载荷条件、相互转变及相互关联等的研究远未成熟。作者近年来采用分子动力学结合实验方法，研究了纳米压痕下单晶硅的纳米力学行为及其变形机理，在原子尺度上分析了单晶硅塑性变形机理。研究结果表明，单晶硅的纳米力学行为显著依赖于压头尺寸，表现出显著的外部尺寸效应。在小的压头尺寸下，高压相变是其初始塑性变形的唯一机制，但是在大的压头尺寸下，高压相变和位错同步激活，开启了塑性变形。塑性变形的初始压力、等效弹性模量都随着压头尺寸的增加而增加。