Cu/Si 体系的 ReaxFF 反应力场开发及其在硅内铜扩散过程中铜团簇形成中的应用
材料科学
2021-02-02 v1 原子与分子团簇
摘要
镍、铜、铁等过渡金属杂质在硅等固态材料中会对集成电路和太阳能电池的电学性能产生显著影响。为研究体硅内铜杂质对材料电学性质的影响，需要理解掺入硅晶格中的铜原子的构型空间。本工作中，我们基于 ReaxFF 反应力场进行了分子动力学模拟，通过考察铜在硅中的扩散行为，研究了体硅中单个及晶态铜原子的不同构型。ReaxFF Cu/Si 参数集通过对 DFT 数据进行训练而开发，其中包括硅晶格中单个 Cu 原子的能垒。我们发现铜原子的扩散与温度直接相关。此外，研究还表明单个铜原子在较高温度下于体硅内开始团簇化。我们的模拟结果全面描绘了温度和铜浓度对硅晶格中单个铜结晶的影响。最后，获得了单轴拉伸载荷下 Cu/Si 化合物的应力-应变关系。我们的结果表明弹性模量随 Cu 杂质浓度升高而下降。我们观察到在应力-应变测试期间，由于邻近硅表面的小 Cu 团簇形成，硅发生了自发的微裂纹。
引用
@article{arxiv.2102.00943,
title = {ReaxFF Reactive Force Field Development for Cu/Si Systems and application to Copper Cluster Formation During Cu Diffusion Inside Silicon},
author = {Kamyar Akbari Roshan and Mahdi Khajeh Talkhoncheh and Jonathan E. Mueller and William A. Goddard and Adri C. T. van Duin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2102.00943},
year = {2021}
}
备注
29 pages, 13 figures