Ta与Cu在平衡条件下互不固溶,使得Ta成为微电子器件中Cu导线与Si/SiO₂基体间扩散阻挡层的优选材料。然而,目前对于Ta-Cu系统以及其它生成热为正的合金体系所形成的非晶合金的微观结构、界面体系结构与行为等尚缺乏系统、全面的研究。而对此类问题的认知,对于完善相关基础理论体系,促进高性能非平衡材料的开发都具有非常重要的价值。本论文以生成热为正的Ta-Cu体系为研究对象,以基于角度相关势函数的原子尺度分子动力学模拟为主要手段,对该体系的非晶微观结构特征、热力学性能、动力学行为、晶体/非晶界面结构、界面性能与行为、Ta/Cu固液界面的微观结构、热力学性能与动力学行为等开展研究,以期深入对上述问题的理解和认识。论文研究取得的主要成果有:对Ta-Cu系统非晶合金的分子动力学模拟研究发现,其微观结构和动力学行为与负生成热系统的非晶合金有显著不同。对构建的一系列超饱和固溶体高温弛豫后的微观结构分析发现,超饱和固溶体在很大的成分范围内都能转变为非晶态结构,且存在比较显著的成分偏聚即相分离现象。高温熔融后快速凝固获得的Cu₅₀Ta₅₀非晶合金中相分离现象更为显著,呈现双相非晶结构。这种双相非晶在高温退火过程中会发生晶化,但晶化只发生在富Ta相中,富Cu非晶相的晶化被抑制。对退火后试样进行拉伸变形发现,机械变形进一步促进了富Ta相的晶化,但富Cu相中依然没有发生晶化现象。这些现象表明,玻璃转变温度较高的富Ta相所构成的空间包络结构的存在,有效地抑制了具有较低T_g温度的富Cu相的动力学行为,从而阻碍了其晶化的发生。对三个不同位向BCC Ta晶体与Cu₅₀Ta₅₀非晶之间界面微观结构的分子动力学模拟发现,由于受到Ta基体的影响,界面附近的Cu₅₀Ta₅₀非晶区域出现了层状有序化、晶化、混溶以及成分偏聚等现象,并且这些界面行为与基体Ta的晶体位向密切相关。总的来说,界面附近非晶相中的层状有序化行为主要取决于基体Ta的晶体层间距,能否发生混溶即合金化现象则取决于Ta晶体层的开放程度,而成分偏聚则在各位向的界面中都存在。除此之外,三个位向界面模型在界面区域都含有大量Voronoi多面体指数为<0,5,2,6>和<0,4,4,6>的团簇,它们的存在有助于促进非晶和BCC晶体之间结构的过渡。对BCC Ta三个低指数晶面与液相Cu之间形成的固-液界面的研究表明,与固相Ta相邻的液相Cu中也会出现层状有序化现象,且依赖于相邻Ta基体的位向。界面结构对晶体位向的依赖性最终导致了界面宽度、界面能量、界面应力、界面原子扩散系数等的位向依赖性。对界面区原子分布、界面能量、界面应力、界面附近原子层层内结构等参量的分析表明,一些位向的界面附近Cu原子发生了预结晶现象,从而使界面区域实质上存在双界面,即晶态Ta与预结晶Cu之间的固固界面以及预结晶Cu与液相Cu之间的固液界面。特别的,界面区域Cu原子的扩散系数存在两种位向依赖性:扩散系数的大小不仅与界面体系中晶体相的位向有关,还与扩散原子运动的方向有关,沿界面法线方向的扩散系数远小于平行界面的层内扩散系数。