以分子動力學模擬二硫化鉬薄膜在不同應變幅下的疲勞行為與疲勞破壞機制

Abstract

近年來半導體產業不斷藉由縮小電晶體尺寸來提升效能，為了配合先進奈米製程，勢必尋求新的替代材料與元件設計概念，二硫化鉬(MoS2)特殊的電子傳導、熱導、光學與機械特性，且易整合於現今元件製成，將可運用於新一代電子元件與積體電路上，為了確保以二硫化鉬薄膜為材料製造出的奈米元件，在製造及使用過程中皆能保有其結構完整性，已有多位學者研究其機械性質，包含彈性模數、破壞強度、韌性、拉伸測試等，但鮮少提及二硫化鉬薄膜的疲勞特性。在半導體製程及元件使用的過程中，由於電、熱或機械外力引起的循環應力，長期下來可能使材料內部產生微裂縫，造成元件失效，因此研究薄膜材料之疲勞行為，對保證微奈米元件之可靠度非常重要。 此外，為了瞭解二硫化鉬是否具有適當的機械性質，使之能整合於可延展性聚合物基板上，以製備出柔性電路板(flexible electronics)，本研究第一部分先以分子動力學軟體LAMMPS配合REBO (second-generation reactive bond-order)?能函數，進行等應變率拉伸，分別模擬單層二硫化鉬薄膜受2*1010 /s、2*109 /s、2*108 /s、2*107 /s之等應變率，單軸拉伸直至破壞之力學行為，並與奈米壓痕實驗結果與其它數值分析模擬文獻比較。 第二部分模擬應變控制疲勞測試(strain-control fatigue test)，使整個模擬盒子以等應變率往AC方向均勻變形，觀察在不同應變幅(strain amplitude)下，二硫化鉬薄膜之低週疲勞行為(Low-Cycle fatigue)。 第三部分以微觀角度探討疲勞損傷累積的過程，運用OVITO可視化軟體匯出動畫與各個原子的應力、非仿射變形(non-affine displacement)，以觀察原子在反覆載重下擴散(diffusion)之情形及裂縫型態與沿伸方向。

Date of Award	2017 Aug 15
Original language	Chinese
Supervisor	Hsuan-Teh Hu (Supervisor)