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物理学报 2011年第9期60卷 493-499页

作者：高原柳占立赵雪川张朝晖庄茁由小川清华大学航天航空学院教育部应用力学实验室北京100084

位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型... 详细信息

位错的攀移运动对高温下晶体材料的塑性行为有重要影响,为了能够有效揭示攀移的物理本质及其对塑性行为的作用,本文基于点缺陷扩散理论,通过将体扩散和管扩散机理的共同作用与三维离散位错动力学耦合,建立了适用条件更广的位错攀移模型.利用此模型我们模拟了单个及多个棱柱型位错环的收缩变形过程,发现影响位错攀移速率的决定因素不是传统理论认为的机械攀移力,而是位错周围(体扩散)及位错段上(管扩散)的空位浓度梯度.该模型也能够完全重现棱柱型位错环群的粗化过程中不同位错环半径及晶体内平均空位浓度随时间变化的三个阶段.

关键词：位错攀移点缺陷扩散理论位错动力学棱柱位错环

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碲锌镉晶片中位错与Te沉淀的透射电子显微分析

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Journal of Semiconductors 2005年第9期26卷 1760-1763页

作者：曾冬梅王涛介万奇西北工业大学材料学院西安710072

采用透射电子显微镜对碲锌镉晶体材料的缺陷特性进行了分析,观察并研究了碲锌镉晶体中Te沉淀相形貌和Te沉淀周围的棱柱位错环.认为棱柱位错的形成是由Te沉淀相的析出引起的,而沉淀相在基体中的析出与基体形成错配应力,又造成位错的增殖... 详细信息

采用透射电子显微镜对碲锌镉晶体材料的缺陷特性进行了分析,观察并研究了碲锌镉晶体中Te沉淀相形貌和Te沉淀周围的棱柱位错环.认为棱柱位错的形成是由Te沉淀相的析出引起的,而沉淀相在基体中的析出与基体形成错配应力,又造成位错的增殖.Te沉淀与棱柱位错两种缺陷是相互依存的.

关键词：透射电子显微镜棱柱位错环 Te沉淀

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三维单晶体纳米压痕分布位错环模型及位错环同自由面相互作用研究

三维单晶体纳米压痕分布位错环模型及位错环同自由面相互作用研究

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作者：郭佳培华中科技大学

学位级别：硕士

以各向异性均匀介质中三维位错环弹性理论为研究背景,本文提出了各向异性单晶体中纳米压痕分布位错环模型以及研究了各向异性有限单晶体薄膜中自由面与位错环的相互作用。利用各向异性材料三维位错环产生的弹性场,本文主要进行了以下两... 详细信息

以各向异性均匀介质中三维位错环弹性理论为研究背景,本文提出了各向异性单晶体中纳米压痕分布位错环模型以及研究了各向异性有限单晶体薄膜中自由面与位错环的相互作用。利用各向异性材料三维位错环产生的弹性场,本文主要进行了以下两个方面的研究:1.基于多边形位错环在各向异性均匀半空间中产生的弹性位移场和应力场解的最新结果,本文提出了一个用来模拟单晶体纳米压痕的各向异性位错环模型。这个研究是对Mura等(1989)所提出的方法以及其最近在三边形位错环模型上应用的直接拓展,他们所提出的方法和模型只能描述各向同性材料中压痕的过程,因而无法应用到对弹性各向异性单晶体中压痕过程的描述中。根据Mura的方法,我们采用Burgers矢量垂直于自由面的四边形和三边形棱柱位错环作为构建模块来分别模拟Vickers和Berkovich压痕。然而,经过对根据位错密度公式所计算出的结果进行分析,我们采用了半椭球来放置位错环而不是Mura所用的半球区域。分别利用Vickers压头和Berkovich压头对沿着[001]和[111]晶体晶向的压痕进行模拟,通过对沿着不同晶向材料的堆积、沉降和回弹的大小进行观察和卸载后对[001]方向压痕的残余应力的计算,清晰地证明了被压单晶体的弹性各向异性,这是对Mura提出的压痕模型进一步的研究和拓展。2.基于离散位错塑性理论的叠加方法和多边形位错环在各向异性均质全空间中的弹性位移场和应力场解的最新结果,本文求解了在有限单晶体薄膜中的三维棱柱位错环所产生的各向异性弹性场。我们首先通过位错环在全空间的弹性解来计算六面体单元上的表面四边形单元中高斯积分点的力,以此来作为连续分布力。然后将这些分布力等效到有限单元中的节点上,从而得到了节点荷载。考虑到有限单晶体薄膜的弹性各向异性,调用有限元求解器来计算自由面上像应力相应的解。结果证明晶体弹性各向异性在三维弹性场中的像应力中起了重要的作用。相对于快速傅里叶变换法(FFT)来说,利用有限元来计算像应力的方法的优势之一是可以在有限晶体或带有空洞的晶体中计算而不用受计算域周期性条件的限制。

关键词：弹性各向异性棱柱位错环纳米压痕像应力

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Cd0.96Zn0.04Te晶体的缺陷分析及应力测试

Cd0.96Zn0.04Te晶体的缺陷分析及应力测试

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作者：曾冬梅西北工业大学

学位级别：硕士

生长态的CdZnTe晶体内常常存在各种缺陷,包括点缺陷、位错、Te沉淀相和Zn的成分不均匀等。缺陷的大量存在使晶片不能满足作HgCdTe外延衬底的要求,希望通过退火等后序处理手段来达到改善晶片结晶质量的目的。因此,对材料缺陷的分析、测... 详细信息

生长态的CdZnTe晶体内常常存在各种缺陷,包括点缺陷、位错、Te沉淀相和Zn的成分不均匀等。缺陷的大量存在使晶片不能满足作HgCdTe外延衬底的要求,希望通过退火等后序处理手段来达到改善晶片结晶质量的目的。因此,对材料缺陷的分析、测试成为一个重要研究课题。本文在对晶片性能和缺陷分析的基础上,首先采用两阶段退火方法对晶片进行了退火改性处理,对比了晶片退火前后性能的变化,从中找到了合理的退火工艺参数。同时,还发现长时间的低温退火非但不能提高晶片的红外透过率,反而由于Te沉淀相及其所含杂质的溶解使晶片的红外透过率下降。采用扫描电镜对退火后的CdZnTe单晶进行了分析。退火后CdZnTe晶片经过腐蚀后表面出现了形貌各异的大尺寸富Te相,这些富Te相是基体中的富Te成分在退火过程中通过热迁移向表面聚集而形成的。热迁移的量随升温速率的升高而增加。用透射电子显微镜观察和研究了CdZnTe单晶的缺陷。在晶片的透射电镜照片中观察到与晶片表面平行的棱柱位错环和有几何形状的Te沉淀相,Te沉淀相与棱柱位错这两种缺陷是相互依存的。首次采用了X射线衍射法测定了单晶材料CdZnTe的应力,利用多元线性回归模型分析确定了无应力状态下的布拉格衍射角θ,从而计算出CdZnTe的应力。计算结果为,生长态CdZnTe单晶的应力值在10MPa数量级,发生的晶格畸变量在10～10数量级。

关键词： CdZnTe 退火棱柱位错环 Te沉淀相应力

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纳米压入分子动力学应用研究

纳米压入分子动力学应用研究

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作者：焦三珊东南大学

学位级别：硕士

随着纳米技术的快速发展,研究对象尺寸越来越小,材料的微纳米力学性能得到了广泛关注。纳米压入法具有精度高、对材料破坏性小等优势,被广泛应用于材料特征区域、微机电系统和薄膜材料等力学性能的表征。然而,纳米压入实验研究由于仪器... 详细信息

随着纳米技术的快速发展,研究对象尺寸越来越小,材料的微纳米力学性能得到了广泛关注。纳米压入法具有精度高、对材料破坏性小等优势,被广泛应用于材料特征区域、微机电系统和薄膜材料等力学性能的表征。然而,纳米压入实验研究由于仪器条件的限制,如压头尖端钝化、材料表面起伏、以及环境干扰等因素的作用,测试精度随压入深度减小而大幅度下降;另一方面,该实验方法难以研究材料内部缺陷的演变信息。分子动力学(Molecular dynamics,简称MD)模拟能实时显示原子的动态行为,是研究压入响应内在机制的有力工具,近年来得到快速发展。然而由于材料体系种类多且复杂,目前仍处于起步阶段,本文以单晶铝,单晶硅,以及非晶碳膜为三种代表性材料为对象,通过MD研究了纳米压入过程中位错反应、相变过程与非晶形变的分子动力学机理。通过MD模拟单晶铝(100)的纳米压入过程,分析了位错萌生、运动与反应过程,并重点揭示了棱柱位错环脱离的新反应机制,即肖克莱部分位错间反应生成压杆位错;肖克莱部分位错与压杆位错反应生成新的肖克莱位错;肖克莱位错间发生湮灭释放出棱柱位错环。此外,压入深度和保载时间对单晶铝的力学性能和棱柱位错环的运动均有显著影响。通过MD模拟单晶硅的纳米压入行为,结果表明力-位移曲线中会出现跃出现象(pop-out),通过原子配位数分析,发现其原因是Si-Ⅱ相的转变;增加压入深度,还是减小压头半径时,材料表面都发生挤出现象),导致pop-out消失;随着加载/卸载速度的增加,对应pop-out出现的载荷值呈现下降趋势,这与实验报道结果一致。通过对金刚石膜/硅基体虚拟热处理、升压与淬火处理,建立了非晶碳膜(常称类金刚石膜Diamond-like Carbon,DLC)的分子动力学模型,模拟分析了非晶碳膜的纳米压入过程,研究表明DLC对硅基底具有明显的保护作用,薄膜的力学响应随着压头尺寸、压入深度和压入速度发生显著变化。

关键词：纳米压入分子动力学单晶铝单晶硅类金刚石薄膜棱柱位错环相变

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