Nb-Si-N復(fù)合表面力學(xué)性能及形成的第一性原理研究.pdf

1、NbN作為一種薄膜材料具有較高的硬度，而且摻雜Si形成Nb-Si-N復(fù)合薄膜后，硬度會(huì)有較大幅度的提升。這種復(fù)合薄膜的形成機(jī)理尚不清晰，所以本研究主要考察了Nb-Si-N復(fù)合薄膜表面的力學(xué)性能與形成機(jī)理。
　　本研究中采取基于密度泛函的第一性原理VASP軟件包對(duì)Nb-Si-N復(fù)合薄膜表面的力學(xué)性能和形成過程進(jìn)行計(jì)算。再用Mercury、OriginLab等繪圖軟件對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)其進(jìn)行分析、歸納，得出結(jié)論。
　　本研

2、究中主要進(jìn)行了四項(xiàng)計(jì)算。①計(jì)算了Nb、Si、N單原子能量，對(duì)這三種元素的晶格常數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，并計(jì)算了三種元素的內(nèi)聚能，將其與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比。從而，驗(yàn)證計(jì)算的可靠性。②計(jì)算與分析了Nb-Si-N兩種界面形式（置換型和間隙型）的力學(xué)性能。③計(jì)算了Nb、Si、N單原子在NbN(001)表面的表面吸附能，并計(jì)算了三種原子在NbN(001)表面的遷移激活能。④對(duì)Nb、Si、N單原子的繞島行為進(jìn)行了計(jì)算與分析。
　　通過計(jì)算和分析得出了結(jié)論：

3、①比較Nb-Si-N的兩種界面形式，置換型結(jié)構(gòu)要比間隙型結(jié)構(gòu)擁有更好的力學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)中Nb-Si-N擁有比NbN更高的硬度、更好的力學(xué)性能，造成這種現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)更有可能為置換型界面結(jié)構(gòu)。②Nb原子在NbN(001)表面遷移，越過鞍點(diǎn)向Hollow位移動(dòng)的遷移激活能0.325eV，而反向遷移到TopN的遷移激活能為0.716eV。Nb原子繞島自由旋轉(zhuǎn)的遷移激活能為2.6189eV，所以 Nb表面遷移比繞島遷移更容易。③N在NbN(001)表