Ta-Si-N表面生長中粒子遷移行為的第一性原理研究.pdf

1、本課題是國家自然科學(xué)基金項目(50845065)、內(nèi)蒙古教育科研基金項目（NJ06077）和內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項目（2010Zd02）的一部分。這些項目是要研究比Ti-Si-N納米復(fù)合表面更強(qiáng)、更硬、更韌的表面，即探查力學(xué)性能更好的晶粒相和穩(wěn)定性更好的界面相。我們研究發(fā)現(xiàn)TaN是比TiN力學(xué)性能更好的晶粒相，Si-N-Ta是比Si-N-Ti更穩(wěn)定的界面相。由此，Ta-Si-N可能會形成強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于Ti-Si-N的納米復(fù)合表面。又由于

2、Ta-Si-N納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的形成與粒子的遷移行為有著密切的關(guān)系，因而，我們需要研究Ta-Si-N納米復(fù)合表面薄膜的生長。本論文的焦點集中于采用第一性原理的方法研究Ta、Si、N粒子在TaN（001）表面和繞島的遷移行為。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，運用該方法研究Ta、Si、N粒子遷移行為具有一定的新穎性。
　　本文中采用第一性原理的方法計算了晶體Ta、Si及N2分子的晶格常數(shù)、鍵長、單原子能量和結(jié)合能；并計算了幾種遷移方式的總能、吸附能

3、和相應(yīng)的勢能面，遷移路徑和激活能。這幾種遷移方式包括：單粒子在表面的遷移，雙粒子在表面的遷移和單粒子Ta繞島的遷移。細(xì)致分析遷移方式和遷移激活能，可以得出以下結(jié)論：
　?。?）單粒子Ta、Si、N在TaN（001）表面和繞島的遷移比Ti、Si、N在TiN（001）表面和繞島的遷移更困難。
　?。?）雙粒子Si-N比Ta-N在TaN(001)表面遷移更容易；Ta-N在TaN(001)表面比Ti-N在TiN（001）表面的遷移更

4、困難；Si-N在TaN(001)表面比在TiN（001）表面的更容易遷移。說明Si促進(jìn)了Ta-Si-N納米復(fù)合薄膜的形成，而且Si對Ta-Si-N納米復(fù)合薄膜形成的促進(jìn)作用比Si對Ti-Si-N納米復(fù)合薄膜形成的促進(jìn)作用更大。
　?。?）鍵長和鍵能對納米結(jié)構(gòu)的形成也非常重要。N-N比Ta-N的鍵能更強(qiáng)，Ta-Ta鍵能較弱，導(dǎo)致了Ta和N的遷移更困難；Si-N和Si-Ta的鍵能比N-N、Ta-N和Ta-Ta的弱，使得Si和Si-N在