Si晶体中位错运动的分子动力学模拟

摘要

完全弛豫且具有低位错密度的SiGe/Si虚层衬底技术近年来在微电子，激光，微波等领域应用的非常广泛，对其性能的研究具有重大的理论和现实意义。分子设计和分子模拟是近来随着材料科学与计算机技术的发展而发展起来的新研究领域，其应用前景广泛，已受到很多研究者特别是材料研究者的重视，分子动力学模拟是分子模拟的一种常用方法。基于位错理论进行位错动力学数值模拟研究成为当前一个崭新的研究点。本文利用分子动力学技术对Si晶体中60度位错的运动进行了数值模拟。 本文介绍了分子动力学模拟的原理及方法，位错的运动等基本理论。根据所研究对象的特点，选用Stillinger-Weber势函数描述了Si原子之间的相互作用，采用Parrinello-Rahman方法对元胞施加应力，用分子动力学方法模拟了不同温度、不同应力状态下Si中60度位错的运动特性。通过使用自行编制的分子动力学计算机程序，在VisualC++平台上开发一些代码来实现模拟过程，并运用Matlab与VisualC++的接口技术画出位错运动速度的变化曲线。结果表明：当施加的应力大于Peierls应力时，位错才开始运动，并且Peierls应力随着温度升高而减小；在低温时，温度的变化对位错运动速度影响不大，而当温度升高到一定值时，位错速度随温度升高急剧减小；当施加的剪应力小于1500MPa左右时，位错运动速度随温度的升高而明显减小，而当应力大于1500MPa左右时，速度随应力的增大变化缓慢，而且逐渐趋于一个极限值。温度越高，位错运动的极限速度越小。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景及发展现状

1.2分子动力学方法

1.2.1产生背景

1.2.2应用前景

1.3位错理论的研究

1.3.1位错概念的提出

1.3.2位错理论的形成

1.3.3位错理论的发展

1.4本文的研究内容及结构

第2章分子动力学模拟的原理及方法

2.1边界条件

2.2基本方程式

2.3 Gear预测--校正法

2.4麦克斯韦—波尔兹曼分布

2.5势函数

2.6 Parrinello-Rahman算法

2.7分子动力学模拟的技术路线

2.8本章小结

第3章Si的结构及位错运动

3.1 Si的结构

3.2位错的结构

3.2.1位错的几何形态

3.2.2柏氏回路和柏氏矢量

3.2.3用柏氏矢量定义位错类型

3.3位错的运动

3.3.1作用在位错上的力

3.3.2位错的滑移

3.3.3位错的攀移

3.4 Si中60度位错运动的模型

3.5本章小结

第4章位错运动的分子模拟及结果分析

4.1模型的建立

4.1.1位错模型的建立

4.1.2位错运动的模拟

4.2计算数据及结果分析

4.2.1模拟与计算

4.2.2数据与图像分析

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢