In极性面InN的生长动力学行为

采用第一性原理模拟计算方法,从原子层面出发,了解InN的生长动力学行为.通过计算N和In原子于不同覆盖度下In极性表面的top、h3以及t4位置上的形成能和扩散势垒,了解沉积原子的相互作用和成核.结果表明,In原子比N原子更容易在干净的In极性表面吸附、粘接,并通过扩散找到稳定位置,形成一个较致密的双In原子层.模拟计算了N和In原子在双In原子层和三In原子层表面的扩散,结果显示,在稳定的双In原子层上,N原子将通过垂直扩散穿过顶部In原子层,并在两In原子层表面之间横向扩散,形成纤锌矿结构的InN材料;然而,In原子虽然可形成三In原子层或In滴,其上沉积的N原子也仅能垂直扩散穿过顶部In原子层,长成新的InN分子层,与InN基底间存在双In原子层或更厚的In薄膜,形成不完整的纤锌矿结构InN薄膜.在此基础上,我们提出一新的InN外延两步生长法,以在生长过程中尽量保持表面只存在双In原子层结构,为高质量InN薄膜的外延提供理论依据.     

Ni在Ni(100)面的薄膜生长的蒙特卡罗模拟

采用晶格动力学蒙特卡罗(KLMC)方法模拟Ni在Ni(100)面的薄膜生长,对原子的沉积、吸附、扩散、成核、生长等微观过程采用了合理的模型,研究基板温度和沉积速率对薄膜的生长形貌和表面粗糙度的影响.模拟结果表明:沉积在基板上的原子逐步由各个离散型变成紧致型的近四方形的岛,并由二维向三维岛转变,最后连接成膜;基板温度越高,沉积速率越低,生成的薄膜越平整,粗糙度越小;沉积速率一定,表面粗糙度随着基板温度的增加而减小,当基板温度达到一定值时粗糙度降为零.     

钎焊接头金属间化合物层形貌对扩散浓度和应力的影响

结合实验结果,建立了芯片封装技术中焊点金属间化合物(IMC)界面模型,采用有限元方法计算了模型中Sn钎料与Cu焊盘形成IMC层时Cu原子的扩散过程以及扩散应力大小与分布.结果表明:IMC层与钎料的界面形貌可显著影响Cu原子扩散浓度及应力行为.凹凸界面形貌会严重阻碍Cu原子的扩散,且靠近界面影响更为显著;扇贝形界面模型比...     

间隙原子在晶体中扩散的新的理论分析方法

本文提出间隙原子在晶体材料中扩散的微观过程的新的理论分析方法.这一理论的基础是基于间隙原子在晶体的晶格原子的间隙中运动受到晶格原子的周期势分布的作用这样一个基本现象,导出了扩散原子运动所满足的方程.根据方程解的特性,描述了原子在晶体的晶格原子的间隙中扩散的基本过程,获得了描述间隙原子在晶体中沿晶轴方向扩散的难易程度定量表达式.同时也获得了间隙原子沿着确定晶轴方向扩散的扩散系数D.根据这一关系式所得的结果与实验结果比较接近.     

薄膜生长初期的蒙特卡罗模型

构造了薄膜生长的蒙特卡罗模型,并应用该模型研究了薄膜生长初期岛的形貌.模型中考虑了主要的3个动力学过程:原子沉积、原子扩散及原子脱附,并且认为这3个过程既相互独立又相互影响,即在同一计算步长中,3个过程依据各自速率所构造的概率发生,同时扩散及脱附速率是随着沉积过程的进行而变化的.结果表明,当基底温度较低或者沉积速率较快时形成分形岛;而当基底温度较高或者沉积速率较慢时形成紧致岛.这一结论也得到了实验的验证.     

表面剂诱导外延中二维岛形状和密度随沉积率的演变

使用一个动力学模型模拟研究表面剂诱导外延中二维岛的构型．在模型中,岛的形核和生长由增原子和表 面剂原子之间的交换过程控制．岛边缘交换垒依赖于表面剂台面上和表面剂层下最近邻原子数．模拟的岛形状和岛 密度随沉积率的演变能定性地解释近期的实验观察结果．     

热压316L/Q345R复合板的结合性能

热轧双金属复合板由于其优良性质而得到广泛使用,而如何改善其结合性能也成为业界内的研究热点问题.本文尝试采用分子动力学模拟的方法对316L/Q345R双金属板的高温结合性能进行系统研究.在建立316L/Q345R体系的原子结构模型的基础上,使用MID模拟方法对316L/Q345R体系的热压复合过程进行模拟,其中采用嵌入原子势函数来描述Fe、Cr和Ni之间的相互作用.分析了不同温度与压缩应变率对热压复合变形机制以及扩散层厚度的影响,并探讨了添加金属层对界面结合性能的改善效果.研究表明:温度的提高有利于形成较厚的扩散层,当双金属热压复合温度接近熔点时,此时在双金属复合界面获得的扩散层厚度远大于在较低温度复合时的扩散层厚度;应变率的提高会降低扩散层厚度,这主要因为在达到相同的压缩应变时,随着应变率增大和压缩时间缩短,原子的扩散时间缩短;在双金属之间添加一个晶格厚度的Ni层后,复合界面扩散层厚度比不含Ni复合时增加了134.5％,表明添加镍层能够明显提高扩散层厚度,但添加铬层对提高扩散层厚度的影响不大.     

Pt／Pt（111）薄膜生长的计算机模拟研究

以Pt/Pt(111)薄膜生长为例,建立一个包含更为细致的原子扩散过程的模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究了不同覆盖率,不同温度下（111）面上外延生长早期阶段的原子聚集行为,得到了一系列分形状薄膜的形貌。计算表明,用来描述枝状晶体枝杆平均宽度的原子的平均最近邻配位数随温度的升高而增加,与扫描隧道电镜实验测量的结果一致。同时,还研究了原子沉积过程中沉积速率的大小对薄膜生长的影响。     

Ni/Zn扩散溶解层的初步研究

采用粉末烧结方法,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和能谱技术,研究了Ni-Zn体系固相烧结时粉末界面处形成的扩散溶解层的微观形貌和相结构,并利用TFDC电子理论讨论了扩散溶解层的形成机理.研究表明,Ni粉和Zn粉在200℃,15 h的烧结过程中,Zn原子不断扩散进入到Ni晶体中,在Ni粉颗粒基体上形成了由NiZn和Ni3Zn22金属间化合物构成的"带状"扩散溶解层.     

混凝土中氯离子扩散纳米通道紧缩性和曲折性影响的分子动力学模拟

结合宏观和微观模型研究了混凝土中纳米通道紧缩性和曲折性对氯离子扩散系数的影响.采用分子动力学方法模拟了氯离子在纳米通道中的输运过程,给出了紧缩性和曲折性影响输运过程的微观机理,结合宏观Fick定律统计分析了模拟结果,得出了紧缩性和曲折性对氯离子扩散系数的影响程度.结果表明,通道壁面结合氯离子影响孔隙液中的粒子分布,使得壁面附近形成吸附自由氯离子的正电层,降低了氯离子的扩散速度;结合氯离子浓度越大,氯离子扩散系数越小.同时,通道壁面原子作用势影响孔隙液中粒子的分布,在壁面附近形成有序的粒子层;通道宽度越大,氯离子扩散系数越大.曲折的通道会强制改变氯离子的输运方向,降低氯离子的扩散系数.     

真空扩散焊接(VDW)法制作扩散偶在研究原子扩散中的应用

利用扩散偶来研究碳、氮原子和氧原子在钢中的扩散是一种很有用的方法［１］。本文作者利用真空扩散焊接工艺来制作扩散偶，并为此设计制作了一台小型真空扩散焊接设备。已使用这种方法制作的扩散偶研究了碳、氮原子在不同成分钢中的扩散规律，并测出了这些原子的扩散系数。     

铜在铍晶体中扩散系数和浓度分布的理论研究

惯性约束聚变实验中铜在铍晶体中的扩散是影响靶丸性能的重要因素. 采用分子动力学方法研究了铜在铍晶体中的扩散系数,并分析了铜在铍晶体中扩散浓度和深度的关系. 研究结果表明在低温区域铜掺杂浓度较大的体系中扩散系数明显较大. 当铜掺杂浓度为1.0 at%时其扩散系数与实验符合很好. 在靶丸热解条件下使用扩散方程得到铜原子扩散浓度和深度分别为0.06 at%和6.2 um. 10 um厚的0.5 at%铜掺杂层可以降低铜在铍晶体中扩散的深度. 这些研究能为制备性能更高的靶丸提供有用的帮助.     

薄膜外延生长中表面原子过程的动力学研究

从理论上研究了薄膜生长过程中原子在表面上的各种动力学表现，对原子扩散、原子团扩散、多层膜生长等过程的动力学行为进行了详细的分析，进一步探讨了薄膜生长的微观机制．     

Nb 对氢在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中扩散行为的作用

采用电化学氢渗透方法研究氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 和 Fe-13Cr-6Al-2Mo-0.5Nb 合金中的扩散行为, 分析了 0.5%Nb(质量分数, 下同)对氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中扩散行为的作用. 研究结果表明: 当在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中添加 0.5%Nb 后, 合金的晶粒得到细化, 同时合金中析出大量弥散分布的细小 Fe$_{2}$Nb 相. 0.5%Nb 的添加大幅度降低了氢原子在 Fe-13Cr-6Al-2Mo 合金中的表观扩散系数, 使氢原子在合金中的扩散激活能提高了 50.3%. Nb 原子通过提高合金中的氢陷阱浓度, 有效降低了氢原子在 FeCrAlMo 基合金中的扩散速率.     

磁集成器件的界面扩散及钝化影响

 为了解决铁与砷化镓界面形成过程中,存在砷原子向金属层中扩散的现象,导致界面磁性减弱影响该结构的物理性能问题,采用钝化工艺改善界面磁性的方法,利用电子能谱技术测量了界面形成过程中铁与砷化镓界面的价带谱和砷原子的3d芯能级谱,从电子能谱的角度得到了砷原子扩散的相关数据。通过对比清洁界面和钝化界面的实验结果,证明了钝化可以减弱砷原子的界面扩散,铁原子3d能级的磁性交换劈裂也得到加强,价带峰被展宽,界面的磁性得到改善。依据价带谱的展宽现象和相关的研究报导表明:将硫钝化界面技术应用于磁集成器件制造工艺是有益的。     

A novel diffusion model considering curvature radius at the bonding interface in a titanium/steel explosive clad plate

This article introduces an element diffusion behavior model for a titanium/steel explosive clad plate characterized by a typical curved interface during the heat-treatment process. A series of heat-treatment experiments were conducted in the temperature range from 750℃ to 950℃, and the effects of heat-treatment parameters on the microstructural evolution and diffusion behavior were investigated by optical microscopy, scanning electron microscopy, X-ray diffraction analysis, and electron-probe microanalysis. Carbon atoms within the steel matrix were observed to diffuse toward the titanium matrix and to aggregate at the bonding interface at 850℃ or lower; in contrast, when the temperature exceeded 850℃, the mutual diffusion of Ti and Fe occurred, along with the diffusion of C atoms, resulting in the formation of Ti–Fe intermetallics (Fe₂Ti/FeTi). The diffusion distances of C, Ti, and Fe atoms increased with increasing heating temperature and/or holding time. On the basis of this diffusion behavior, a novel diffusion model was proposed. This model considers the effects of various factors, including the curvature radius of the curved interface, the diffusion coefficient, the heating temperature, and the holding time. The experimental results show good agreement with the calculated values. The proposed model could clearly provide a general prediction of the elements’ diffusion at both straight and curved interfaces.     

35CrMnSi/T3惯性径向摩擦焊接复合界面的元素扩散

应用惯性径向摩擦焊工艺进行了35CrMnSi/T3的摩擦焊接,并利用扫描电子显微镜观察了界面的微观结合特征,利用能谱分析仪检测了界面元素的扩散.试验结果表明:惯性径向摩擦焊飞轮转速为3 000 r/min时,35CrMnSi/T3接触面结合紧密并形成了明显的波浪状"咬合",界面附近发生了元素的互相扩散与溶解,实现了冶金结合;界面处Fe原子在Cu基体中的扩散距离约为33μm,Cu原子在钢中的扩散距离约为3μm;径向摩擦焊接过程中接触面快速而剧烈的塑性变形有利于抑制摩擦焊接头中氧的不利影响.     

利用Monte Carlo算法对薄膜生长过程的计算机模拟

用Monte Carlo方法以Cu为例对薄膜生长过程进行计算机模拟．不仅对原子的吸附、迁移及脱附3种过程采用更为合理的模型，还考虑这些过程发生时对近邻原子的连带效应．在合理选择原子间相互作用势计算方法的基础上．改进了原子迁移激活能的计算方法．计算了表征薄膜生长表面形貌的表面粗糙度和表征薄膜内部晶格完整性的相对密度．结果表明，在一定的原子入射率下，表面粗糙度和相对密度的变化存在一个临界温度．随着衬底温度的升高．表面粗糙度减小，膜的相对密度增大．当达到临界温度时，粗糙度随衬底温度的升高开始增大，而相对密度趋于饱和．临界温度随原子入射率的增大而增大，不同温度下原子入射率对粗糙度的影响不同，在较低温度时粗糙度随入射率的增加而增加，在较高温度时粗糙度随入射率增大而减小．同时发现．随入射率的增大或薄膜厚度的增加，相对密度均逐渐减小。