翟文杰, 杨德重

(哈尔滨工业大学 机电工程学院，哈尔滨 150001)

碳化硅材料拥有禁带宽度大、热导率高、击穿电场强度高、介电常数低和抗辐射能力强等特性，广泛应用于MEMS、高能半导体器件等领域[1].碳化硅硬度高，加工困难，目前唯一能实现全局平坦化的化学机械抛光(CMP)技术是加工碳化硅的主要手段[2].

化学机械抛光的切削深度为纳米级或亚纳米级，由于尺寸效应，传统的切削理论无法很好地解释CMP过程中材料表面形成和去除机理.分子动力学(MD)仿真技术[3]具有超高的时间空间分辨率，是探究原子尺度过程和微观机理的理想研究方法，目前MD仿真广泛应用于纳米力学[4]、摩擦学[5]和精加工等领域[6-13].

Si等[6]采用分子动力学研究了晶体硅CMP过程中原子层的机械去除机理，指出刻划深度对加工表面有直接影响：刻划深度0.1 nm时，可实现Si表面的单原子层去除，获得无变质层的有序晶面；而1.0 nm切深的刻划表面粗糙，产生不定型结构层.Li等[7]应用分子动力学研究了刀尖形状、切深、刀具速度、刻划方向等因素对不同表面粗糙度单晶铜的纳米级刻划的影响规律和材料去除机理.尽管许多学者采用分子动力学对铜、硅等材料的CMP过程进行了仿真研究[8-11]，对碳化硅材精密加工的MD仿真才刚开始.Goel等[12]采用分子动力学研究了立方碳化硅纳米切削时原子层面的韧性响应，模拟结果显示碳化硅经历了SP3到SP2的结构转变，导致碳化硅亚表层的石墨化.他们采用该方法进一步定量分……