碲鋅鎘單晶納米壓-劃痕的分子動力學模擬.pdf

1、碲鋅鎘(CdZnTe，CZT)晶體是重要的第三代軟脆半導體材料，具有優(yōu)異的光電性能，由其制成的室溫核輻射探測器在空間探測、環(huán)境監(jiān)測及醫(yī)學等領域得到廣泛應用。同時，因其能與不同波段的碲鎘汞晶格常數(shù)精確匹配，故也常作為紅外探測器碲鎘汞的最佳外延襯底材料。
　　碲鋅鎘屬軟脆晶體，是一種難加工材料。傳統(tǒng)的游離磨料研磨、化學腐蝕等方法會使材料表面出現(xiàn)游離磨料嵌入、腐蝕溝等缺陷，而超精密磨削方法則可以避免此類問題。在納米尺度范圍進行超精密加工

2、的機理研究非常困難，而超精密磨削過程可看作是多個磨粒壓入和劃擦材料表面的過程，因此采用分子動力學模擬的方法研究納米壓痕/劃痕的機理是尤為必要的。國際上鮮有CZT分子動力學的報道，其分子動力學模擬有一定的難度，本文采用自行開發(fā)的程序進行了CZT納米壓痕/劃痕的分子動力學仿真和CZT納米劃痕實驗的研究工作。
　　CZT的表面能、禁帶寬度等物理性能在國際上鮮有文獻報道，而這些參數(shù)在研究其力學性能和超精密加工機理中有很重要的作用。本文使用

3、計算機模擬手段從理論上預測了Ⅱ-Ⅵ族三元化合物半導體Cd0.96Zn0.04Te單晶晶體的表面能435.08 mJ/m2、孿晶晶體表面能381.8 mJ/m2以及禁帶寬度為1.74 eV。
　　為研究循環(huán)加載條件下的準靜態(tài)加載納米壓痕的裂紋形成和變形機理，建立了不同結構的CZT單晶和納米孿晶結構模型進行納米壓痕分子動力學仿真模擬。模擬中發(fā)現(xiàn)單晶mc-36.9和模型nt-5.6-17.9-5.6在第二次循環(huán)加載過程當中均有裂紋產生，

4、而對于nt-5.6-17.9-7.8-5.6模型則在經(jīng)歷了10次循環(huán)加載后仍無裂紋產生，這歸因于三層孿晶片之間的協(xié)同作用。由Griffith理論和分子動力學模擬計算得到了在循環(huán)加載過程中的臨界裂紋應力值，并進一步分析了裂紋的產生和變形機理，得出單晶mc-36.9 CZT模型由于位錯傳遞阻塞和纏結作用比原單晶具有更好抵抗變形能力的結論。
　　首次進行了CZT單晶體納米劃痕實驗的仿真模擬，模擬結果顯示CZT顯現(xiàn)出良好的納米可加工性，劃