碲鋅鎘單晶納米壓-劃痕的分子動(dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、碲鋅鎘(CdZnTe，CZT)晶體是重要的第三代軟脆半導(dǎo)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(cè)器在空間探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)及醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，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(cè)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(xué)腐蝕等方法會(huì)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(wèn)題。在納米尺度范圍進(jìn)行超精密加工

2、的機(jī)理研究非常困難，而超精密磨削過(guò)程可看作是多個(gè)磨粒壓入和劃擦材料表面的過(guò)程，因此采用分子動(dòng)力學(xué)模擬的方法研究納米壓痕/劃痕的機(jī)理是尤為必要的。國(guó)際上鮮有CZT分子動(dòng)力學(xué)的報(bào)道，其分子動(dòng)力學(xué)模擬有一定的難度，本文采用自行開(kāi)發(fā)的程序進(jìn)行了CZT納米壓痕/劃痕的分子動(dòng)力學(xué)仿真和CZT納米劃痕實(shí)驗(yàn)的研究工作。
　　CZT的表面能、禁帶寬度等物理性能在國(guó)際上鮮有文獻(xiàn)報(bào)道，而這些參數(shù)在研究其力學(xué)性能和超精密加工機(jī)理中有很重要的作用。本文使用

3、計(jì)算機(jī)模擬手段從理論上預(yù)測(cè)了Ⅱ-Ⅵ族三元化合物半導(dǎo)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(zhǔn)靜態(tài)加載納米壓痕的裂紋形成和變形機(jī)理，建立了不同結(jié)構(gòu)的CZT單晶和納米孿晶結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行納米壓痕分子動(dòng)力學(xué)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(guò)程當(dāng)中均有裂紋產(chǎn)生，

4、而對(duì)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(wú)裂紋產(chǎn)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(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算得到了在循環(huán)加載過(guò)程中的臨界裂紋應(yīng)力值，并進(jìn)一步分析了裂紋的產(chǎn)生和變形機(jī)理，得出單晶mc-36.9 CZT模型由于位錯(cuò)傳遞阻塞和纏結(jié)作用比原單晶具有更好抵抗變形能力的結(jié)論。
　　首次進(jìn)行了CZT單晶體納米劃痕實(shí)驗(yàn)的仿真模擬，模擬結(jié)果顯示CZT顯現(xiàn)出良好的納米可加工性，劃