【摘 要】
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单晶碳化硅作为典型的第三代半导体材料,凭借其优异于传统硅材料的高击穿电压、高热导率等物理特性,在高温、高压、高频、抗辐射、大功率等电子传感器件的研发制备中得到广泛应用,是航空、军事、核能和民用尖端技术中不可或缺的重要材料。但是碳化硅硬度高、脆性大等特点,为单晶碳化硅的加工制备带来很大挑战,限制了碳化硅相关研究技术成果的转化。因此,研究单晶碳化硅加工机理,来改善其加工工艺,实现单晶碳化硅高精度低损伤
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单晶碳化硅作为典型的第三代半导体材料,凭借其优异于传统硅材料的高击穿电压、高热导率等物理特性,在高温、高压、高频、抗辐射、大功率等电子传感器件的研发制备中得到广泛应用,是航空、军事、核能和民用尖端技术中不可或缺的重要材料。但是碳化硅硬度高、脆性大等特点,为单晶碳化硅的加工制备带来很大挑战,限制了碳化硅相关研究技术成果的转化。因此,研究单晶碳化硅加工机理,来改善其加工工艺,实现单晶碳化硅高精度低损伤的加工成为重点关注的研究方向。本课题针对单晶碳化硅加工制备工艺中存在的相关问题,基于分子动力学仿真方法（Molecular Dynamics,MD）分别对单晶碳化硅的纳米切削机理、预应力辅助加工机理以及离子注入辅助加工机理进行了研究,本文主要研究内容及结论如下:（1）建立了切削深度连续变化的单晶3C-SiC斜切模型,分析了不同阶段材料去除形式。塑性去除阶段,发现负前角能够产生必要的静水应力使得材料以推挤方式实现塑性去除。塑-脆转变阶段,位错运动是实现碳化硅塑性去除的主要原因,同时还会伴有以解理为特征的变形局部化现象。基于扫描电镜在线纳米切削平台,开展了单晶3C-SiC的纳米切削实验研究,对MD仿真结果进行了验证。（2）基于分子动力学仿真研究了应力辅助加工方法改善碳化硅纳米切削性能的有效性。分析了不同预应力下碳化硅纳米切削性能的改善情况,并对预应力辅助加工碳化硅机理进行了研究。发现施加适当大小的预应力进行辅助加工,能够增强碳化硅的塑性去除能力。（3）建立了离子注入辅助加工碳化硅的MD仿真模型,证明了离子注入辅助加工有助于提高临界塑-脆转变切削深度,并提高碳化硅纳米切削的制造完整性。
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