元素掺杂对Bi电迁移影响的第一原理计算

摘要

本工作应用第一原理方法研究了如何通过添加掺杂元素抑制SnBi焊料中的Bi的电迁移问题。在 SnBi体系中掺杂Zn和Sb元素，通过用NEB方法计算了掺杂体系中Bi元素的扩散能垒。加入Sb之后，Bi的扩散能垒由原来的0.32eV升高到了0.46eV，扩散激活能由原来的1.14eV升高到了1.18eV。加入Zn之后，Bi的扩散能垒由原来的0.32eV升高到了0.48eV，扩散激活能由原来的1.14eV升高到了1.22eV。由此可得，Zn和Sb的加入都能够升高Bi的扩散激活能，起到抑制扩散的作用。通过分析态密度可知，Zn和Sb加入后，体系中Sb与Bi的p态曲线几乎完全重合，要比Sn与Bi的p态曲线重合度高很多，表明Sb和Bi的共价键作用很强，且比Sn-Bi的共价键作用强，从而增加了Bi的扩散能垒。分析Zn和Bi的态密度曲线可知，同样Zn和Bi的p态曲线重合度也要比Sn和Bi的曲线重合度高很多，表明Zn-Bi的共价键同样要比Sn-Bi的共价键强，所以Zn的加入同样增加了Bi的扩散能垒。总结说来，Sb和Zn的掺杂能够抑制SnBi焊料中的Bi的电迁移。