电子材料Ga急冷凝固过程中微观结构转变的模拟研究

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概述了电子材料在电子信息产业中的重要意义,分析了电子材料的结构组成及电子材料的结构与其电子特性之间的关系,指出了结构分析的重要作用。阐述了镓(Ga)作为一种重要的电子材料在半导体工业中的广泛应用。采用分子动力学方法对由1000个原子组成的电子材料Ga原子系统的快速凝固过程进行了计算机模拟跟踪研究,运用HA键型指数法和原子团类型指数法分析了原子尺度上Ga的成键类型和形成的基本原子团结构。发现在冷速很快时,随着温度的降低,在Ga的微观结构中,二十面体及与二十面体相关的1551,1541键型数目明显下降;与立方体(fcc,bcc),六角密集(hcp)结构相关的1421,1422键型数目明显增加;而与菱面体相关的1321,1311键型的数目却显著增加,逐渐占据优势。最后形成一种新型的以菱面体结构为主、夹杂着立方体、六角密集等团簇结构所组成的非晶态结构。为了进一步了解Ga的微观结构,考察系统以1.0×1014、1.0×1013、1.0×1012、1.0×1011K/s的不同速度冷却,发现以1.0×1014、1.0×1013、1.0×1012K/s的速度冷却时,得到非晶态结构;以1.0×1011K/s的速度冷却时,发生明显的晶化现象,随着温度的降低,液态和非晶态结构基本消失,而面心立方晶体结构组态在体系中占据主要地位,具有非常鲜明的晶体特征。最后,考察了在相同的冷却速度下,不同的初始状态对Ga的凝固特性的影响。发现在以初始20000时间步快速冷却时,发生了晶化现象;以初始30000,40000时间步快速冷却时,得到非晶态结构。这一结果对于深入理解液-固微结构之间的转变关系,如何正确选择合适的冷却速度和初始状态以获得性能优良的电子材料,将具有重要的实际意义。
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