基于程氏理論位錯(cuò)存在臨界尺寸及薄膜內(nèi)應(yīng)力的研究.pdf

1、程開甲改進(jìn)的Thomas-Fermi-Dirac理論(TFDC，又稱程氏理論），是國(guó)內(nèi)繼余氏理論（EET）以來，對(duì)電子理論的又一次探索。TFDC理論在位錯(cuò)穩(wěn)定的臨界晶粒尺寸及薄膜內(nèi)應(yīng)力方面的應(yīng)用，具有重要意義。對(duì)其更深層次的研究，不但可以深化對(duì)納米晶力學(xué)性能的認(rèn)識(shí)，而且還對(duì)開發(fā)新材料和改善傳統(tǒng)材料的性能起到強(qiáng)有力的推動(dòng)作用。 從解釋納米晶偏離Hall-Petch關(guān)系出發(fā)，Nieh等提出了位錯(cuò)穩(wěn)定性臨界晶粒尺寸理論。本文對(duì)比了Gr

2、yazov等人、Nieh等人、Wang等人和Cheng（程開甲）等人關(guān)于位錯(cuò)穩(wěn)定存在的臨界晶粒尺寸的結(jié)果，對(duì)Cheng等人的推導(dǎo)過程做了部分修正?；谛拚驝heng等人的結(jié)果和Nieh等人的推論，導(dǎo)出了一個(gè)關(guān)于金屬晶體硬度的公式： H=3kG/[π(1-ν)eη] 其中H為晶體的硬度，k為系數(shù)，G為剪切模量，ν為泊淞比，η為電子密度n和原子半徑r的函數(shù)。 雙槽法制備了調(diào)制波長(zhǎng)為60~600 nm的Cu/Ni多層

3、膜，研究了多層膜的硬度和調(diào)制波長(zhǎng)的關(guān)系。結(jié)果表明，硬度和調(diào)制波長(zhǎng)之間滿足Hall-Petch關(guān)系，近似呈線性關(guān)系。單槽法制備了調(diào)制波長(zhǎng)為14~140 nm的Cu/Ni多層膜，研究了多層膜的硬度和調(diào)制波長(zhǎng)的關(guān)系。結(jié)果表明，調(diào)制波長(zhǎng)為21 nm時(shí)，硬度出現(xiàn)了峰值。根據(jù)位錯(cuò)穩(wěn)定性臨界晶粒尺寸理論，可確定Cu中位錯(cuò)存在的臨界尺寸約為20 nm。 基于Cheng等薄膜本征應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)制模型，計(jì)算了Cu/Ni多層膜中的內(nèi)應(yīng)力。借助于X射線，