FCC金屬原子間相互作用勢及“Z”形銅納米帶分子動力學(xué)研究.pdf

1、目前集成電路中銅互連線的尺寸已經(jīng)達(dá)到納米量級。在這樣微小尺度下，材料的結(jié)構(gòu)更容易受溫度和機(jī)械應(yīng)力的影響發(fā)生形變。本文利用分子動力學(xué)方法研究銅互連線的微縮模型——“Z”形銅納米帶，在機(jī)械拉伸作用下的結(jié)構(gòu)變化。 分子動力學(xué)方法的關(guān)鍵因素為原子間相互作用勢的準(zhǔn)確性。而互連線的主導(dǎo)材料為面心立方（Face-Centered-Cubic，F(xiàn)CC）金屬，本文從經(jīng)典的對勢模型Lennard-Jones勢和Morse勢出發(fā)，對在FCC金屬中得到

2、廣泛應(yīng)用的嵌入原子（Embedded Atom Method，EAM）勢進(jìn)行綜述，發(fā)現(xiàn)如Johnson分析型EAM勢具有形式簡便，計算效率高的優(yōu)點，Mishin等的EAM勢擬合了眾多實驗數(shù)據(jù)和從頭算計算結(jié)果，對FCC金屬的描述非常精確。 本課題另一研究工作為對“Z”形銅納米帶在機(jī)械拉伸中結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行了分子動力學(xué)研究。通過對納米帶的模擬機(jī)械拉伸發(fā)現(xiàn)，10.0K時，持續(xù)的機(jī)械拉伸使得應(yīng)力在“Z”形銅納米帶的拐角處大量累積，累積的應(yīng)

3、力促使位錯原子成核，然后位錯在 面進(jìn)行擴(kuò)散，直至整個原子層面發(fā)生滑移堆錯。在“Z”形的一個拐角處，面的滑移堆錯使得原來 晶面取向轉(zhuǎn)變?yōu)楹?取向。而另一個拐角處則全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫?，但是轉(zhuǎn)變區(qū)域被“鎖定”在三角形范圍內(nèi)，這種現(xiàn)象由羅曼-柯垂?fàn)栁诲e（Lomer-Cottrell lock，L-C lock）導(dǎo)致。當(dāng)系統(tǒng)的溫度從100.0K到600.0K范圍內(nèi)變化時，發(fā)現(xiàn)L-C lock在“Z”形銅納米帶的兩個拐角處對稱出現(xiàn)。隨著拉伸的進(jìn)行，累積