【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及反應分子動力學，特別是指基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法。
技術介紹
1、碳化硅被廣泛地應用在高壓、高溫、高功率、高頻率等的電子領域。隨著其應用要求的不斷提高，碳化硅正朝加工表面質量超精密、低損傷的方向發展。單一的物理作用或是化學作用，已經很難滿足工業對碳化硅工件表面的要求。化學機械拋光法結合了化學腐蝕和機械研磨的作用，是一種十分有效加工碳化硅表面平坦化的方法，也是目前唯一能夠實現全局化拋光的方式。化學機械拋光技術拋光后碳化硅表面質量較好，幾乎沒有損傷層，但材料的去除效率較低，所以化學機械拋光技術的研究主要集中在材料去除方面。傳統的實驗研究對于材料去除機理的監測方法有限，所以引入了分子動力學模擬來研究納米尺度材料變形和去除機理。
2、如授權公告日為2022.08.12、授權公告號為cn?113012765?b的中國專利技術專利所公開的基于分子動力學的納米尺度金剛石摩擦磨損過程模擬方法，能夠分析溫度改變對納米尺度金剛石磨損過程的影響，其中，納米尺度金剛石摩擦磨損過程模擬方法是該專利重點保護的產權內容，涉及構建分子動力學模型、確定分子動力學模型的仿真參數和利用金剛石磨粒對金剛石基底摩擦磨損的過程。如申請公布日為2022.09.13、申請公布號為cn115048849?a的中國專利技術專利所公開的納米磨削含缺陷的碳化硅的仿真方法和裝置，用于研究缺陷在加工過程中的變化以及缺陷對加工結果和參數的影響，其中，納米磨削含缺陷的碳化硅的仿真方法和裝置是該專利重點保護的產權內容，涉及構建分子動力學模型、確定分子動
3、從分子動力學模擬的角度來看，現有研究主要集中在磨粒單一的振動行為及其對碳化硅襯底原子去除和損傷的影響，磨粒振動方式及其對碳化硅原子的去除、氧化和損傷的影響尚未得到研究。碳化硅基底、過氧化氫溶液和磨粒原子之間相互作用的機理也尚未得到深入的研究。
4、為了分析過氧化氫溶液中磨粒振動輔助拋光碳化硅過程中材料原子級別的去除機理，現有技術中出現了將磨粒單一的振動行為加入超聲振動輔助的研究，并采用反應分子對動力學對拋光過程進行了模擬。通過建立碳化硅基底c面在過氧化氫溶液中的振動輔助模型，將磨粒沿碳化硅基底的切向劃擦，沿碳化硅基底的側向做超聲振動，模擬結果顯示碳化硅基底側向做超聲振動可以有效地提高納米拋光的質量和效率。
5、但在實際的碳化硅加工中，較少使用碳化硅基底c面進行化學機械拋光，而且磨粒的振動方向通常與加工方向一致以實現更有效的材料去除和表面拋光，所以碳化硅基底c面的振動輔助模型無法全面揭示實際的碳化硅化學機械拋光過程中的原子級去除機理，進而模擬結果不能有效指導超聲振動輔助優化碳化硅的化學機械拋光工藝，也限制了研究成果的普適性和應用。
技術實現思路
1、針對上述
技術介紹
中的不足，本專利技術提出基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，解決了現有的基于反應分子動力學模擬的振動輔助模型不能有效優化碳化硅的化學機械拋光工藝的技術問題。
2、本申請的技術方案為：
3、基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，包括以下步驟：
4、步驟一：建立由過氧化氫溶液模型和碳化硅基底模型構成的帶坐標系的模擬體系，對所述模擬體系設置邊界條件；
5、步驟二：選取描述所述模擬體系中各個原子之間的成鍵、斷鍵和相互作用的反應力場勢函數；
6、步驟三：在所述模擬體系中建立金剛石磨粒模型，金剛石磨粒模型設在碳化硅基底模型的上方；
7、步驟四：將所述碳化硅基底模型沿所述坐標系的z軸方向自下往上依次分為固定層、恒溫層和牛頓層三個區域，使所述固定層的原子保持靜止，將所述模擬體系進行弛豫；
8、步驟五：控制金剛石磨粒模型以設定下壓參數下壓至設定深度，然后在所述坐標系的x軸方向上以設定移動速度劃擦，同時在坐標系的z軸方向上沿正弦函數軌跡做機械振動，對碳化硅基底模型進行拋光；
9、步驟六：輸出金剛石磨粒模型振動劃擦碳化硅基底模型的位置力學參數，通過將位置力學參數導入ovito可視化軟件進行可視化分析；
10、步驟七：分別改變金剛石磨粒模型的下壓參數、金剛石磨粒模型機械振動的振幅和頻率參數，重復步驟五和步驟六。
11、優選地，所述步驟一中所述邊界條件為：在所述坐標系的x軸方向和y軸方向上設置周期性邊界條件，在所述坐標系的z軸方向上設置固定邊界條件。
12、優選地，所述步驟一中金剛石磨粒模型的形狀為球形，晶格常數為3.567。
13、優選地，所述步驟一中碳化硅基底模型為4h-sic的si面模型。
14、優選地，所述步驟二的反應力場勢函數為sicho.ffield.reax。
15、優選地，所述步驟二先設置分子動力學模擬的安全區域和最小配位數；再通過設置所述sicho.ffield.reax的參數定義所述模擬體系中各個原子之間的成鍵、斷鍵和相互作用。
16、優選地，步驟四中所述模擬體系在nvt系綜下進行弛豫。
17、優選地，步驟四中弛豫的過程輸出參數包括：熱力學參量、計算各個原子之間成鍵的數量、不同物種的數量、位置力學參數，根據弛豫的過程輸出參數判斷弛豫的進度。
18、優選地，步驟五中所述模擬體系在nve系綜下進行拋光。
19、優選地，步驟五中所述金剛石磨粒模型在x軸方向上的劃擦軌跡為x?=?vt，金剛石磨粒模型在z軸方向上的正弦函數軌跡為z?=asin(2πft)，v、t、a、f分別為金剛石磨粒模型的移動速度、納米拋光時間、振幅和頻率。
20、與現有技術相比，本專利技術所公開的技術方案具有以下有益效果：
21、1.在實際加工中碳化硅的硅面使用更廣泛，本專利技術建立4h-sic的?si面模型，更符合碳化硅的實際加工面，通過研究si面在過氧化氫水溶液中的化學機械拋光過程，可以更全面地理解碳化硅不同晶面對化學機械拋光過程的響應和去除機理，可以更全面地理解碳化硅的實際加工面上原子級去除機理，有助于使用模擬方法對碳化硅的實際加工提供優化指導，提升研究成果的實用性。
22、2.本專利技術通過在4h-sic的si面模型上方添加沿z軸方向做機械振動的金剛石磨粒模型，實現了4h-sic的si面模型在過氧化氫溶液模型中的振動輔助模型研究，金剛石磨粒模型的振動方向更符合實際化學機械拋光工藝中磨粒的運動方向，振動輔助模型可以更真實地模擬磨粒在拋光過程中的作用力和運動軌跡，并使模擬過程更接近實際加工工藝。
23、3.模擬方法可以清晰地輸出金剛石磨粒模型劃擦4h-sic的si本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于，步驟一中所述邊界條件為：在所述坐標系的X軸方向和Y軸方向上設置周期性邊界條件，在所述坐標系的Z軸方向上設置固定邊界條件。
3.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：所述步驟一中金剛石磨粒模型（1）的形狀為球形，晶格常數為3.567。
4.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：所述步驟一中碳化硅基底模型（3）為4H-SiC的Si面模型。
5.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：所述步驟二的反應力場勢函數為SiCHO.ffield.reax。
6.根據權利要求5所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：所述步驟二先設置分子動力學模擬的安全區域和最小配位數；再通過設置所述SiCHO.ffield.reax的參數定義所述模擬體系中各個原子之間的成鍵、斷鍵
7.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：步驟四中所述模擬體系在NVT系綜下進行弛豫。
8.根據權利要求7所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于，步驟四中弛豫的過程輸出參數包括：熱力學參量、計算各個原子之間成鍵的數量、不同物種的數量、位置力學參數，根據弛豫的過程輸出參數判斷弛豫的進度。
9.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：步驟五中所述模擬體系在NVE系綜下進行拋光。
10.根據權利要求9所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：步驟五中所述金剛石磨粒模型（1）在X軸方向上的劃擦軌跡為X?=?vt，金剛石磨粒模型（1）在Z軸方向上的正弦函數軌跡為Z?=?Asin(2πft)，v、t、A、f分別為金剛石磨粒模型（1）的移動速度、納米拋光時間、振幅和頻率。
...【技術特征摘要】
1.基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于，步驟一中所述邊界條件為：在所述坐標系的x軸方向和y軸方向上設置周期性邊界條件，在所述坐標系的z軸方向上設置固定邊界條件。
3.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：所述步驟一中金剛石磨粒模型（1）的形狀為球形，晶格常數為3.567。
4.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：所述步驟一中碳化硅基底模型（3）為4h-sic的si面模型。
5.根據權利要求1所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：所述步驟二的反應力場勢函數為sicho.ffield.reax。
6.根據權利要求5所述的基于反應分子動力學磨粒振動加工的模擬方法，其特征在于：所述步驟二先設置分子動力學模擬的安全區域和最小配位數；再通過設置所述si...
【專利技術屬性】
技術研發人員：班新星，鄭少冬，巴文蘭，邱慧，栗正新，
申請(專利權)人：河南工業大學，
類型：發明
國別省市：
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