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第一原理分子動力学法によるナノ多層薄膜の機械的特性の評価

利用第一性原理分子动力学方法评价纳米多层薄膜的力学性能

基本信息

批准号：
13750077
负责人：
梅野宜崇
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

厚さ数nmの薄膜を積み重ねた多層薄膜が作成されており,デバイス材料への応用が期待されているため,その機械的特性の評価が求められている.量子力学に基づく厳密な解析手法である第一原理分子動力学法を用いて,ナノ多層薄膜の構造および機械的特性を明らかにすることが本研究の目的である.まず,薄膜における原子構造および原子間結合状態の基本的特性を明らかにするため,平面波基底ノルム保存擬ポテンシャル法による第一原理分子動力学計算を用いて,シリコン基板(半導体材料)上へのアルミニウム原子(金属材料)の堆積プロセスシミュレーションを行い,第3層目までのアルミ原子層の形成過程を観察した.また,第一原理引張りシミュレーションにより,基板上のアルミニウム原子の付着強度を求めた.ナノ薄膜では界面の拘束により局所的に高ひずみ状態となることが指摘されており,高ひずみ条件下での材料の機能変化が重要である.そこで,剪断ひずみを受けるシリコンの理想強度と電気的特性の関連を第一原理シミュレーションによって調べた.剪断理想強度を求め,原子間結合状態の変化との関連について検討した.また,バンドギャップは比較的小さいひずみで消滅することを明らかにした.さらに,ナノスケール〜原子スケールの微細構造を持つ材料の破壊挙動・破壊開始条件を明らかにするため,原子構造体の変形に対する不安定性を評価する手法を提案した.この手法を用いてアルミニウムナノ薄膜の理想強度解析を行った結果,薄膜の理想強度は膜厚の減少に伴って単調に減少し,膜厚10nm以下で強度低下が著しいことを明らかにした.

A thin film with a thickness of several nm is deposited on a multilayer thin film. The purpose of this study is to clarify the structural and mechanical properties of multilayer thin films by using the first-principles molecular dynamics method. The atomic structure of thin films and the basic properties of interatomic bonding state are described. The first-principles molecular dynamics calculation of plane wave substrate is applied to the storage simulation method. The accumulation of atoms (metal materials) on the substrate (semiconductor materials) is carried out. The formation process of the third layer and the atomic layer is observed. The first principle is to determine the strength of the atoms on the substrate. The function change of the material under the condition of high internal temperature is very important. The relationship between the ideal intensity and the electrical characteristics of the shear wave and the first principle of the shear wave. The ideal shear strength is obtained, and the atomic bonding state is changed and related. The first time I saw him, I saw him. In this paper, we propose a method for evaluating the instability of atomic structures by analyzing the microstructure of atomic structures and the starting conditions for the breakdown of materials. As a result of analyzing the ideal strength of thin films by this method, the ideal strength of thin films decreases with the decrease of film thickness, and the strength decreases with the decrease of film thickness below 10nm.