金属纳米线连接分子动力学模拟

摘要

进入二十一世纪以来,微电子工业的发展已逐渐不能满足摩尔定律的需求,微电子带宽尺寸越来越小,量子效应越来越明显,以纳米器件为核心的下一代分子电子电路逐渐受到人们的青睐。作为纳米器件互连的“桥梁”,Au、Ag金属纳米线由于其优良的电学、热力学等性能成为考虑的首选。虽然目前人们将很多成熟微电子电路工艺直接应用于Au、Ag纳米线互连,但仍存在实验数据缺乏、连接过程不可观测等问题,纳米线接头的性能分析依然存在诸多难点亟需解决。所以研究金属纳米线之间接头形成工艺及可靠性成为重中之重。
　　本文采用分子动力学方法针对同种材料Au-Ag及异种材料Au-Ag纳米线接头连接问题,计算头对头、“搭接”、T字型、十字交叉型四种接头形成过程;通过改变纳米线直径、连接温度、压力等工艺参数分析对其头对头纳米线接头形成的影响;考虑电子电路对接头强度的要求,本文对不同类型纳米线接头进行力学性能模拟。
　　研究结果表明,Au-Au与Au-Ag纳米线接头形成过程分为原子扩散和原子成键两个阶段,头对头、“搭接”、T字型、十字交叉型都形成优良的接头,各接头下原子配位数都为低键位,异种金属Au-Ag纳米线接头晶体结构复杂,热影响区较大;不同纳米线直径影响接头结构,直径越小,接头结构越不规则,且直径为2nm时配位数较多,表现出纳米线量子效应;温度影响纳米线的扩散,并为接头内原子重新成键提供能量,温度高于临界值时,纳米线的扩散趋于饱和,但此临界值尚未能使原子全部重新成键,继续提高温度又会使纳米线扩散变得不规则,综合考虑二者应选择合适的温度工艺参数;连接过程中施加压力有助于增加纳米线中原子势能,促进连接接头的形成,压力对Au-Ag异种材料接头配位数目影响不大;不同接头力学性能分析表明头对头接头拉伸强度最大,属于韧性断裂,十字交叉型接头纵向拉伸也为韧性断裂,断裂位置位于纳米线上,“搭接”、T字型与十字交叉型(001)轴向属于脆性断裂,断裂位置在热影响区与纳米线接触区域,拉伸过程中伴随出现由密排六方构成的层错。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及研究目的

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 分子动力学原理及模拟方法

2.1分子动力学简介

2.2分子动力学计算软件及势函数选取

2.3本文模拟思路及方法

2.4本章小结

第3章 不同纳米线构型的连接接头

3.1引言

3.2同种材料Au纳米线连接接头

3.3异种材料Au-Ag纳米线连接接头

3.4 Au-Au与Au-Ag纳米线各接头性能比较

3.5本章小结

第4章 工艺参数对纳米线连接接头影响

4.1引言

4.2纳米线直径对接头影响

4.3连接温度对接头性能影响

4.4连接压力对接头性能影响

4.5本章小结

第5章 接头的力学性能分析

5.1引言

5.2头对头纳米线连接接头

5.3“搭接”纳米线连接接头

5.4 T字型纳米线连接接头

5.5十字交叉型纳米线连接接头

5.6本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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