第三代半導體碳化硅器件優異的物理、化學和力學性能，如電子能帶結構[1]、優異的光學性能[2]、優異的熱導率[3]、較高的化學惰性和優異的耐腐蝕性[4]，使其在微/納機電系統，核燃料組件、微電子元件和光電子器件等方面有廣闊的應用前景
第三代半導體碳化硅器件，也是微電子整流器、微型探測器與傳感器以及微型集成電路等國家重大亟需領域的核心器件
但是，微/納機電系統的微型半導體電子元器件在復雜工況耦合因素影響下和頻繁往復接觸運動中，表面產生的黏著磨損使其耐久性服役壽命短、殘次品率高和接觸力學性能下降[5]
微/納機電系統的微齒輪傳動嚙合部和軸承滾珠與滾道循環摩擦接觸部位，以及硬盤存儲器的磁頭與磁盤往復滑動接觸部位，在微觀表/界面力、高速重載、極端使役溫度耦合誘導下兩器件表面產生黏著磨損，使半導體器件因脆性斷裂產生磨粒而粘附于器件表面，導致微機電系統元器件接觸失效和產生巨大的摩擦能耗[6]
了解在極端使役溫度半導體器件接觸時的動態變形特性和定量評估其接觸力學性能和知悉元器件的損傷機制，有利于延長半導體器件的服役壽命
因此，深入研究半導體碳化硅器件的亞表層損傷行為、接觸力學性能、相變轉化規律并揭示其亞表層微觀塑性特性與破壞機制顯得極為必要
目前對半導體器件接觸的研究主要集中于分子動力學模擬(MD)，主要研究其接觸的微觀力學變形行為與損傷機制
Zhang等[7]用MD法研究了單晶硅納米壓痕變形機制，發現受載下的單晶硅原子發生立方結構向體心結構的相變結構轉化，并在壓痕接觸周圍產生大量的非晶結構原子
Zhao等[8]用MD法研究了溫度對單晶硅力學性能的影響，發現隨著溫度的降低單晶硅的彈性模量增大
Chen等[9]用MD法研究了溫度對單晶硅納米壓痕接觸變形的影響，發現受載下的單晶硅發生相變結構轉化，使受載區域的接觸原子粘附于探針的外表面，并隨溫度的升高粘著原子數量逐漸增多
施淵吉等[10]用MD法研究了多晶碳化硅納米壓痕的變形行為
結果表明，隨著溫度的升高多晶碳化硅的承載性能逐漸下降，位錯從晶界形核處逐漸長大并向晶體內部擴張，最終形成位錯環結構
另有相關學者研究了碳化硅位錯滑移和無定形發生控制的相關塑性變形行為[11~14]
Zhao等[15]從微觀角度揭示了β-SiC材料在室溫下的塑性變形行為和脆性斷裂特征
結果表明，表面裂紋的形貌對宏觀力學性能有顯著的影響
Kondo等[16]研
聲明：
“單晶碳化硅接觸中亞表層損傷與破壞機理的原子尺度分析” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：王勝,周俏亭,占慧敏,陳晶晶
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2025年07月09日 ~ 11日 
