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Cu/Ag双层膜沉积与拉伸变形的分子动力学研究

刘野  
【摘要】:对纳米薄膜生长和拉伸变形的研究,受条件的限制,无法从实验中观察薄膜生长过程,更难以对纳米薄膜进行拉伸实验。利用计算机模拟,在原子尺度上直接追踪薄膜生长与薄膜变形的过程,分析参数对薄膜沉积过程和薄膜塑性变形的影响,可以弥补实验的不足。 为了研究沉积参数对双层膜沉积过程的影响和双层膜塑性变形的缺陷特征,本文利用分子动力学,模拟了Ag/Cu(111)、Cu/Ag(111)体系沉积与双向等轴拉伸变形的过程。 本文研究了沉积参数对Cu/Ag体系沉积的影响。结果表明:Ag/Cu(111)时趋于层状生长,Cu/Ag(111)沉积趋于岛状生长。提高沉积能量和基体温度有助于改善表面质量,同时界面混合度呈线性增加,薄膜应力从拉应力转变为压应力,在低能沉积(4 eV)时,基体温度对表面质量有显著影响。降低入射角度和提高沉积速率,有助于改善表面质量,沉积速率过大过小都会增加界面混合,低沉积速率时应力较小,高沉积速率应力较大,且为压应力。 本文还研究了应变、应变速率以及温度对Cu/Ag双层膜、Cu膜、Ag膜拉伸变形的影响。结果表明:Cu/Ag双层膜塑性变形时位错优先在界面处形核和发展,高应变时在自由表面和内部也会出现形核点,缺陷类型主要为不全位错、内禀层错,同时伴有外禀层错和层错四面体,层错四面体只发生在界面处并向Cu层延伸。在临界应变时薄膜表面粗糙度最大,层错原子分数随应变的变化分为5个区域。临界应变大小顺序为:Cu/Ag双层膜 Ag膜 Cu膜。高应变速率促进塑性变形发生,且塑性变形后层错原子分数随应变的增加而升高,低应变速率时相反。温度升高促进塑性变形发生,对层错的数目影响不大。


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