胡 洋，戴厚富，周玉琪，岳海霞

( 贵州大学机械工程学院， 贵阳 550000)

0 引言

硅锗等半导体因为具有高物理强度、耐磨性、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等特性，使其可以承受高分子材料和金属材料难以应用的恶劣工作环境。随着科技和工业的发展，微电子工业市场对这种材料的需求也日益突出[1-3]。但是，脆性材料总是包含一系列缺陷，其中之一就是裂纹[4]。许多研究表明，纳米结构材料的机械断裂与裂纹的形核和扩展直接相关[5]。所以研究纳米裂纹在加工过程中的演变方式以及内在机理以延长工件的使用寿命显得尤为重要。

纳米压痕是在工件表面施加载荷，以确定材料加工产生的相变、位错、硬度和杨氏模量等材料特性的过程[6]。近年来，分子动力学的应用非常广泛;许多研究者利用分子动力学模拟方法对纳米压痕过程进行了研究。他们将压头简化为两体运动的刚体，但未考虑在工件内存在的纳米裂纹。在此基础上，采用分子动力学模拟方法研究了单晶硅的不同性质。Jiapeng S等[7]对Si(001)面进行了纳米压痕的分子动力学模拟和实验，发现了包括高压相变(HPPT)、位错、表面裂纹等多种变形模式。Zhang Z等[8]观察到压痕过程中产生的高应力会导致基体发生以下变化: ①原立方金刚石单元胞(cd)相变为bct5相; ②发生错位; ③非晶化。

在本研究中，考虑到在实际的单晶硅工件中包含纳米裂纹缺陷，并将金刚石压头假设为刚体，使用大规模分子动力学软件(lammps)对单晶硅的纳米压痕过程进行了分子动力学的模拟。……