軟脆晶體碲鋅鎘納米壓痕實驗及分子動力學(xué)仿真

1、碩．士學(xué)位論文軟脆晶體碲鋅鎘納米壓痕實驗及分子動力學(xué)仿真N a n o i n d e n t a t i o n a n d M o l e c u l a r D y n a m i c s S i m u l a t i o nf o rS o f t ·- B r i t t l eC r y s t a l l i n eC a d m i u m Z i n c T e l l u r i d e學(xué) 號： 星! !

2、 Q 壘Q ! Z完成日期： 2 Q ! 壘! Q 墨：壘2大連理工大學(xué)D a l i a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要碲鋅鎘作為第三代半導(dǎo)體的典型代表，是室溫核輻射探測器的最佳材料，并且是紅外探測器核心元件碲鎘汞的最佳襯底材料。由于碲鋅鎘探測器在室溫下具有高分辨率、無需液氮冷卻、體積小、攜帶方便等優(yōu)點，在國家安全防務(wù)、核安全、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)探傷

3、、以及醫(yī)學(xué)診斷和天體X 射線望遠(yuǎn)鏡等方面有重要的應(yīng)用。碲鋅鎘具有軟脆特性，傳統(tǒng)的加工方法如游離磨料研磨、拋光和化學(xué)腐蝕，其弊端是游離磨料易嵌入，化學(xué)腐蝕容易產(chǎn)生腐蝕溝，導(dǎo)致加工精度低，廢品率高。相對傳統(tǒng)加工方法，超精密磨削方法來加工碲鋅鎘晶體能夠有效避免游離磨料嵌入難題。在超精密磨削中，可以獲得含有部分納米孿晶的損傷層。超精密磨削的過程是多個磨粒壓入材料表面并進(jìn)行劃擦的過程，因此超精密磨削機(jī)理可以從單顆磨粒的壓入和劃擦來獲得。為了探索碲

4、鋅鎘納米磨削機(jī)理，以及開發(fā)新的納米孿晶層表面的加工方法，本文進(jìn)行了碲鋅鎘的單顆粒納米壓痕實驗和分子動力學(xué)仿真的研究工作。本文采用分子動力學(xué)仿真的方法，研究單顆磨粒超精密磨削中磨粒壓入以及納米孿晶的形成機(jī)理，建立了八個模型以及一個單晶模型，孿晶層關(guān)于( 11 1 ) 面對稱。每個納米孿晶模型有3 個孿晶薄片組成，上下面的孿晶片厚度分別為4 ．5 n m 。8 個納米孿晶模型的中間孿晶片厚度分別為4 ．5n m 、1 0 ．1 H m 、1

5、 3 ．4 n m 、1 4 ．5 H i l l 、1 7 ．9H R l 、1 9 ．0 n m 、2 4 ．6 n m 、2 5 ．7n m 。單晶模型的高度與最大孿晶模型厚度相等。經(jīng)過分子動力學(xué)仿真研究，預(yù)測了中問孿晶層厚度為1 7 ．9 n m 的納米孿晶能夠獲得硬度的最大值。當(dāng)納米孿晶厚度小于1 7 ．9 n m 時，硬度隨著孿晶厚度的增大而增大，服從反H a l l —P e r c h 效應(yīng)；大于1 7 ．9 n m 時

6、，硬度隨著孿晶厚度的增大而減小，為H a l l —P e t c h 效應(yīng)。為了驗證分子動力學(xué)的仿真結(jié)果，進(jìn)行了碲鋅鎘晶體的納米壓痕及納米孿晶的準(zhǔn)靜態(tài)加載實驗。采用納米壓痕儀對碲鋅鎘單晶進(jìn)行了納米壓痕實驗，在峰值載荷分別為5 0 0m N 、6 0 0 m N 、7 0 0 m N 時形成了單向連續(xù)無晶界新型納米孿晶結(jié)構(gòu)，這種納米孿晶具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可以承受1 0 0 次循環(huán)加載而保持硬度不變。透射電鏡實驗結(jié)果證實孿晶厚度平均值為