Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ lên cấu trúc và cơ tính của vật liệu Si3N4 bằng phương pháp mô phỏng

Mô phỏng động lực học phân tử được sử dụng để nghiên cứu vi cấu trúc và cơ tính của Si3N4 vô định hình (VĐH) khi nhiệt độ thay đổi từ 300 K đến 900 K tại các mật độ ρ1= 2,4 g.cm-3 , ρ2= 2,8 g.cm-3 và ρ3= 3,1 g.cm-3 . Cấu trúc vi mô của các mẫu mô phỏng được phân tích thông qua hàm phân bố xuyên tâm, số phối trí, phân bố góc và phân bố lỗ hổng.

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci 2015, Vol 60, No 4, pp 17-24 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1059.2015-0003 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ Ủ LÊN CẤU TRÚC VÀ CƠ TÍNH CỦA VẬT LIỆU Si3N4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG Nguyễn Thị Trang1, Nguyễn Thị Thu Hà2, Lê Văn Vinh Phạm Khắc Hùng1 Bộ mơn Vật lí Tin học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Khoa Tự nhiên, Trường Cao đẳng Sư phạm Thái Bình Tóm tắt Mơ động lực học phân tử sử dụng để nghiên cứu vi cấu trúc tính Si3N4 vơ định hình (VĐH) nhiệt độ thay đổi từ 300 K đến 900 K mật độ ρ1= 2,4 g.cm-3, ρ2= 2,8 g.cm-3 ρ3= 3,1 g.cm-3 Cấu trúc vi mơ mẫu mơ phân tích thơng qua hàm phân bố xun tâm, số phối trí, phân bố góc phân bố lỗ hổng Kết cho thấy cấu trúc vi mô vật liệu Si3N4 bị ảnh hưởng nhiệt độ dải từ 300 K đến 900 K Mật độ mẫu tăng ảnh hưởng nhiệt độ giảm Cơ tính mẫu mơ tính tốn thơng qua q trình biến dạng đơn trục Mơ đun đàn hồi E xác định từ đường cong ứng suất - biến dạng nhận qua trình biến dạng đơn trục Kết mơ cho thấy tính vật liệu Si3N4 phụ thuộc vào nhiệt độ dải từ 300 K đến 900 K mật độ mẫu tăng tính mẫu bị ảnh hưởng nhiệt độ Từ khóa: Mơ phỏng, Si3N4 VĐH, góc liên kết, số phối trí, lỗ hổng, biến dạng Mở đầu Si3N4 VĐH vật liệu có liên kết cộng hóa trị tạo nên tập hợp ion dương Si có hóa trị lớn liên kết chặt chẽ với ion âm N Cấu trúc định tính chất đặc biệt Si3N4 có độ bền học cao, khả chịu mài mòn, khả chống ăn mịn hóa chất tốt…[1] Do Si3N4 VĐH ngày sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp tơ, hóa chất, hay khí chế tạo dụng cụ cắt gọt… Sự hiểu biết cấu trúc đặc tính Si3N4 VĐH có mật độ khác nhau, điều kiện nhiệt độ khác cần thiết để tối ưu hóa cơng nghệ chế tạo vật liệu với đặc tính bật Các tính chất Si3 N4 chủ đề nhiều nghiên cứu Cấu trúc màng mỏng Si3N4 xác định thực nghiệm nhiễu xạ tia X, nơtron điện tử [2-4] Kết cho thấy độ dài liên kết Si-N 1,729 Å [3] 1,75 Å [2, 4], số phối trí nguyên tử Si 3,63, 3,87 [4] 3,70 [3] Góc liên kết N-Si-N Si-N-Si 109,80 1210 [3] Mơ hình Si3N4 VĐH xây dựng phương pháp mô động lực học phân tử [5-10], phương pháp hàm mật độ [11, 12] mơ hình tập hợp ngẫu nhiên liên tục [13] Các mơ hình với mật độ thay đổi từ 2,0 g.cm-3 đến 3,2 g.cm-3 cấu trúc vi mơ số phối trí, chiều dài liên kết, góc liên kết phù hợp tốt thực nghiệm Với vật liệu Si3N4, tính đặc biệt quan tâm vật liệu cấu thành màng mỏng có độ cứng cao chịu mài mịn tốt [14] Cơ tính vật liệu Si3N4 VĐH nghiên cứu thực nghiệm [15] mô [5, 9, 10] Các kết nghiên cứu mơ đun đàn hồi có giá trị thay đổi từ 70 GPa đến 320 GPa phụ thuộc vào thay đổi cấu Ngày nhận bài: 26/11/2014 Ngày nhận đăng: 4/2/2015 Tác giả liên lạc: Nguyễn Thị Trang, địa e-mail: trang.nguyenthi@hust.edu.vn 17 Nguyễn Thị Trang, Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Vinh Phạm Khắc Hùng trúc tương ứng với thay đổi mật độ mô hình từ 2,0 đến 3,4 g.cm-3 Hơn nữa, Ometltchenko cộng [5] có số lượng lớn cầu lỗ hổng kết cụm lại với điều ảnh hưởng lên tính vật liệu Tuy nhiên, kết nghiên cứu cấu trúc tính Si3N4 VĐH thực nhiệt độ phòng Ở nhiệt độ cao, cấu trúc tính Si3N4 VĐH thay đổi vấn đề cần làm rõ Do đó, nghiên cứu cấu trúc tính Si3 N4 VĐH với mật độ khác dải nhiệt độ khác nghiên cứu cách chi tiết phương pháp động lực học phân tử (ĐLHPT) phương pháp phân tích cấu trúc vi mơ Cụ thể, hàm phân bố xuyên tâm (HPBXT), phân bố góc liên kết (PBGLK), số phối trí (SPT) phân bố bán kính cầu lỗ hổng phụ thuộc vào nhiệt độ tương quan vi cấu trúc tới ứng xử tính vật liệu trình bày Nội dung nghiên cứu 2.1 Phương pháp tính tốn Phương pháp ĐLHPT sử dụng để mơ vật liệu Si3N4 VĐH gồm 3388 nguyên tử hình hộp lập phương với điều kiện biên tuần hoàn Thế tương tác cặp Morse sử dụng cho tương tác Si-N [10] có dạng: (1) qi q j e   rij      rij     ij rij   rij   De e  2e  Thế tương tác cặp Born-Mayer sử dụng cho tương tác Si-Si N-N [10] có dạng:  ij rij   qi q j e rij  Aij e  rij / Rij (2) Trong rij khoảng cách nguyên tử loại i nguyên tử loại j (i, j = Si, N), e điện tích nguyên tố, qSi = 1,05, qN = -0,7875 điện tích hiệu dụng Si N Các thơng số Morse Born-Mayer có giá trị sau De = 3,88516 eV, β = 2,3266 Å-1, ρ = 1,62136 Å, ASi-Si = 105,19 eV, AN-N = 146,6559 eV, RSi-Si = 0,59121 Å and RN-N = 0,66787 Å [10] Tương tác Coulomb tính tốn theo phương pháp tổng Ewald Thuật toán Verlet với bước thời gian mô 0,5 fs dùng để mô vật liệu Si3N4 mật độ ρ1= 2,4 g.cm-3, ρ2= 2,8 g.cm-3 ρ3= 3,1 g.cm-3 Ba mơ hình vật liệu Si3N4 VĐH xây dựng phương pháp thống kê hồi phục (TKHP) Theo phương pháp TKHP, dịch chuyển nguyên tử xác định tác dụng lực tương tác với nguyên tử lân cận mơ hình K Ba mơ hình VĐH đạt trạng thái cân từ cấu hình ngẫu nhiên ban đầu không gian mô sau 50000 bước TKHP, kí hiệu M1 , M2, M3 Ở đây, bước TKHP cuối thực với bước dịch chuyển 0,001 Ǻ Sau đó, chúng tơi sử dụng phương pháp động lực học phân tử để ủ nhiệt mô hình nhiệt độ 300 K, 500 K, 700 K, 900 K Cuối nhận 12 mơ hình cân M11, , M14, M21,…, M24, M31, , M34 từ mơ hình sau 10000 bước mô nhiệt độ áp suất không đổi (NPT) 100000 bước mô nhiệt độ thể tích khơng đổi (NVT) Để có giá trị thống kê, tất đại lượng mà chúng tơi thu được tính trung bình 1000 cấu hình cuối q trình mơ Ở đây, chúng tơi sử dụng bán kính ngắt RSi-N = 2,24 Å vị trí cực tiểu sau cực đại HPBXT Si3 N4 VĐH (2,40 g/cm3 ) để xác định SPT PBGLK Phân bố bán kính lỗ hổng (PBBKLH) xác định tương tự cơng trình [10] Trong mơ ĐLHPT, tiến hành làm biến dạng mô hình theo trục Oz [10], biến dạng xác định sau: 18 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên cấu trúc tính vật liệu Si3N4  (3) Lz (t)  Lz (0) Lz (0) Ở Lz(0) kích thước mơ hình thời điểm ban đầu t = 0, Lz(t) kích thước mơ hình thời điểm t Khi ứng suất tính sau:    rij , rij ,  N  i i   m i v v    Fij N i 1Vi  j i rij    (4) i đó, mi khối lượng nguyên tử i, v vận tốc nguyên tử i dọc theo trục α Fij lực tương tác nguyên tử i nguyên tử j, rij khoảng cách nguyên tử i j, rij,α hình chiếu véc tơ rij trục α, Vi thể tích nguyên tử i Trên sở đường cong ứng suất - biến dạng xác định mô-đun đàn hồi tất mơ hình Si3N4 VĐH 2.2 Kết thảo luận Hình ảnh chụp nguyên tử mẫu M31 Chúng ta quan sát thấy Hình đơn vị cấu trúc SiN3, SiN4 SiN5, đơn vị cấu trúc liên kết NSi2, NSi3 NSi4 Các đơn vị cấu trúc tạo thành cấu trúc mạng vật liệu Si3N4 Nếu gọi nSix số đơn vị cấu trúc SiNx Tỉ phần đơn vị cấu trúc SiNx xác định Six = nSix /(nSi3 + nSi4 + nSi5) Tương tự vậy, gọi nNy số đơn vị cấu trúc liên kết NSiy tỉ phần đơn vị cấu trúc liên kết NSiy xác định Ny = nNy /(nN2 + nN3 + nN4) Tỉ phần đơn vị cấu trúc mẫu đưa Bảng Tại 300 K, tỉ phần Si4 chiếm đa số mẫu, đồng thời không thấy xuất đơn vị cấu trúc SiN5 mật độ 2,4 g.cm-3, tỉ phần Si5 nhỏ mật độ 2,8 3,1 g.cm-3 Khi mật độ tăng, tỉ phần Si3 giảm dần, Si5 tăng nhẹ, tỉ phần Si4 tăng nhanh theo mật độ Mẫu mơ có mật độ 2,4 g.cm-3, nhiệt độ tăng tỉ phần Si4 không thay đổi dải nhiệt độ từ 300 - 700 K tăng đáng kể 900 K Mẫu mơ có mật độ 2,8 g.cm-3 , nhiệt độ tăng tỉ phần Si4 không thay đổi dải nhiệt độ từ 300 - 500 K tăng đáng kể dải nhiệt độ 700 - 900 K Mẫu mơ có mật độ 3,1 g.cm-3 , nhiệt độ tăng tỉ phần Si4 tăng đáng kể dải nhiệt độ 500 - 900 K Tương tự vậy, tỉ phần ba loại hình liên kết: N2, N3 N4 thay đổi với gia tăng mật độ (xem Bảng 1) Trong mẫu mô với ba mật độ 2,4, 2,8 3,1 g.cm-3, tỉ phần N3 chiếm lớn đến tỉ phần N2, cuối tỉ phần N4 nhỏ mẫu Tỉ phần N3 phụ thuộc vào nhiệt độ giống với tỉ phần Si4 (xem Bảng 1) Hình HPBXT cặp N-N, Si-N, Si-Si mẫu Si3N4 có mật độ 2,8 g.cm-3 nhiệt độ 300 K, 500 K, 700 K 900 K Các HPBXT có dạng đặc trưng vật liệu VĐH HPBXT cặp Si-N có đỉnh cao vị trí r = 1,73 Ǻ, vị trí đỉnh chiều dài liên kết hai nguyên tử Si N lân cận Tương tự, HPBXT cặp N-N Si-Si có đỉnh cao vị trí r = 2,83 Ǻ r = 3,06 Ǻ tương ứng Tuy nhiên bên trái hai đỉnh cao HPBXT cặp N-N Si-Si xuất đỉnh thấp nhỏ r ~ 2,5 Ǻ, điều chứng tỏ tồn lượng nhỏ cặp N-N Si-Si lân cận có độ dài ~2,5 Ǻ Đỉnh nhỏ quan sát thấy từ kết thực nghiệm [3, 4] Quan sát Hình ta nhận thấy vị trí đỉnh HPBXT khơng thay đổi nhiệt độ thay đổi Tuy nhiên, độ cao đỉnh HPBXT giảm nhẹ nhiệt độ tăng lên Các đặc trưng cấu trúc mẫu Si3N4 nhiệt độ 300 K, 500 K, 700 K, 900 K với mật độ khác đưa Bảng Ở chúng tơi có so sánh đặc trưng cấu trúc mẫu M21 với thực nghiệm [3], số liệu cho thấy kết mô phù hợp với thực nghiệm Đối với mẫu Si3N4 nhiệt độ, mật độ tăng độ dài liên kết nguyên tử Si-Si, N-N giảm dần, độ dài liên kết Si-N không thay đổi Với mẫu có mật độ khơng đổi, nhiệt độ tăng độ dài liên kết nguyên tử không thay đổi Điều cho thấy mật độ thay đổi từ 2,4 g.cm-3 đến 3,1 g.cm-3 hay nhiệt độ thay đổi từ 300 K đến 900 K, độ dài liên kết đơn vị cấu trúc SiNx không thay đổi 19 Nguyễn Thị Trang, Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Vinh Phạm Khắc Hùng 18 16 gSi-N(r) 14 12 gN-N(r) gij(r) 10 gSi-N(r) 900 K 700 K 500 K 300 K r(A ) Hình Cấu trúc mạng mơ hình M31 (8,4 25,825,8 Å) gồm đơn vị cấu trúc SiN3, SiN4 SiN5 (Nguyên tử N cầu nhỏ Si cầu lớn hơn) Hình HPBXT cặp Si3N4 VĐH nhiệt độ 300 K, 500 K, 700 K, 900 K với mật độ 2.80 g.cm-3 16 S iN 3 0K 0K 0K 0K TØ lÖ 12 S iN 0K 0K 0K 0K 08 04 00 60 80 10 120  ( ®é ) 14 60 80 10 12 140 16  (® é ) Hình PBGLK N-Si-N đơn vị cấu trúc SiNx mẫu có mật độ 2,4 g.cm-3 nhiệt độ khác Hình PBGLK N-Si-N đơn vị cấu trúc SiN3 SiN4 mật độ 2,4 g.cm-3 Quan sát hình ta thấy đỉnh phân bố góc khơng thay đổi theo nhiệt độ Với cấu trúc SiN3, đỉnh cực đại vị trí xấp xỉ 116o Với cấu trúc SiN4, đỉnh cực đại vị trí xấp xỉ 110o Hình PBGLK toàn phần N-Si-N Si-N-Si mẫu mô dải nhiệt độ từ 300 K đến 900 K Quan sát cho ta thấy PBGLK mẫu không thay đổi nhiệt độ thay đổi có thay đổi nhỏ mật độ thay đổi Điều cho thấy cấu trúc hình học đơn vị cấu trúc bền vững nhiệt độ áp suất (mật độ) 20 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên cấu trúc tính vật liệu Si3N4 Bảng Các đặc trưng cấu trúc Si3N4 VĐH Exp [3] M11 M12 M13 M14 M21 M22 M23 M24 M31 M32 M33 M34 T,K 300 500 700 900 300 500 700 900 300 500 700 900 ρ,g.cm-3 2,4 2,4 2,4 2,4 2,8 2,8 2,8 2,8 3,1 3,1 3,1 3,1 rN-N,Ǻ 2,86 2,88 2,84 2,86 2,83 2,83 2,85 2,83 2,76 2,74 2,76 2,74 2,83 rSi-N,Ǻ 1,69 1,69 1,69 1,69 1,73 1,73 1,73 1,73 1,71 1,71 1,71 1,73 1,729 rSi-Si,Ǻ 3,06 3,06 3,06 3,10 3,06 3,06 3,06 3,04 2,92 2,94 3,00 2,96 3,01 ZSi-N 3,50 3,50 3,50 3,52 3,82 3,82 3,83 3,85 3,92 3,92 3,94 3,96 3,70 ZN-Si 2,63 2,63 2,63 2,64 2,87 2,87 2,88 2,89 2,96 2,96 2,97 2,98 2,78 111o 114o 111o 111o 111o 111o 108o 108o 108o 111o 108o 108o 109,8o 120o 120o 120o 123o 117o 117o 120o 117o 117o 117o 120o 117o 121o Si3 0,496 0,498 0,497 0,481 0,179 0,179 0,169 0,152 0,080 0,065 0,060 0,048 - Si4 0,504 0,502 0,503 0,519 0,820 0,820 0,831 0,848 0,919 0,932 0,937 0,945 - Si5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,001 0,001 0,0 0,0 0,001 0,003 0,003 0,007 - N2 0,378 0,377 0,380 0,366 0,179 0,157 0,154 0,140 0,106 0,101 0,092 0,082 - N3 0,616 0,619 0,613 0,628 0,776 0,816 0,816 0,830 0,830 0,840 0,849 0,858 - N4 0,006 0,004 0,007 0,006 0,045 0,027 0,030 0,030 0,064 0,059 0,059 0,060 - E,GPa 115 113 97 96 167 163 159 155 225 222 217 214 - Vvoids/V 0,283 0,295 0,307 0,303 0,284 0,285 0,290 0,296 0,266 0,274 0,273 0,278 - rαβ - độ dài liên kết nguyên tử α-β; Zxy- SPT trung bình; Six, Ny - tỉ phần đơn vị cấu trúc SiNx liên kết NSiy, E- mô đun đàn hồi Young, Vvoids - thể tích cầu lỗ hổng mơ hình, V- thể tích mơ hình Hình PBBKLH mẫu Si3N4 có mật độ khác nhiệt độ thay đổi từ 300 - 900 K Như quan sát Hình 5, ta thấy rõ ràng mật độ nhiệt độ ảnh hưởng nhỏ lên PBBKLH Khi mật độ mẫu tăng lên đỉnh PBBKLH dịch chuyển sang phía trái Hay nói cách khác bán kính cầu lỗ trống giảm mật độ mẫu tăng lên Sự tương quan bán kính lỗ trống mật độ Si3N4 quan sát cơng trình trước chúng tơi [10] Trên Hình chúng tơi trực quan hóa cầu lỗ hổng mẫu ba mật độ khác nhiệt độ 500 K Quan sát thấy mật độ thấp cầu có bán kính lớn đồng thời số lượng cầu lỗ hổng Trên ba mật độ, tồn cầu lỗ hổng đan xen với tạo thành đám cầu lỗ hổng Điều cho thấy cầu lỗ hổng không phân bố khơng gian mơ hình mẫu mô Như mẫu vật liệu Si3N4 tồn vùng mật độ cao không chứa đám cầu lỗ hổng vùng mật độ thấp chứa đám cầu lỗ 21 Nguyễn Thị Trang, Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Vinh Phạm Khắc Hùng hổng Tỉ lệ Vvoids/V (Vvoids thể tích cầu lỗ hổng V thể tích mẫu Si3N4 ) tính tốn đưa Bảng Ta thấy nhiệt độ ảnh hưởng lên tỉ lệ Vvoids/V mạnh mẫu có mật độ 2,4 g.cm-3 Về ảnh hưởng nhiệt độ lên tỉ lệ Vvoids/V không lớn (tỉ lệ Vvoids/V thay đổi khoảng 4,2 với mật độ 2,8 g.cm-3 ~ 8,5 % với mật độ 2,4 g.cm-3 nhiệt độ thay đổi khoảng từ 300 K đến 900 K) 0.12 a) M11 0.08 M13 M11 M12 M13 0.04 M14 0.04 d) 0.06 M12 M14 0.02 0.00 0.00 M21 b) M23 M24 0.05 0.00 0.10 e) 0.06 M22 TØ lÖ TØ lÖ 0.10 M21 M22 M23 0.04 M24 0.02 0.00 M 31 c) M 33 M 31 M 32 M 33 0.04 M 34 0.05 f) 0.06 M 32 M 34 0.02 0.00 0.00 60 80 100 120 140 60 160 90 120 150 180 ®é)  ®é) Hình PBGLK tồn phần N-Si-N (a, b, c) Si-N-Si (d, e, f) 12 mẫu Si3N4 VĐH 05  = 2,4 g cm -3 30 50 70 90 0 04 K K K K  = 2,8 g.c m -3  = 3, g cm -3 TØ lÖ 03 02 01 00 1 1 R V (A ) Hình PBBKLH mẫu vật liệu Si3N4 VĐH 22 1 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên cấu trúc tính vật liệu Si3N4 a b c Hình Hình ảnh trực quan cầu lỗ hổng nhiệt độ 500K, mật độ 2,4 g/cm3 (a), 2,8 g/cm3 (b), 3,1 g/cm3 (c) 30 50 70 90 øng suÊt (GPa) 20 0K 0K 0K 0K 30 50 70 90 20 0K 0K 0K 0K 15 15 15 10 10 10 5 g /c m 2.8 g/c m 0.0 0.1 20 00K 00K 00K 00K 3.1 g/c m 0 0.1 0.0 0.2 § é b iÕ n d ¹ n g Hình Đường cong ứng suất - biến dạng 12 mẫu Si3N4 vô định hình Hình đường cong ứng suất - biến dạng (stress - strain) mẫu Si3N4 ba mật độ 2,4 g.cm-3, 2,8 g.cm-3 3,1 g.cm-3 với nhiệt độ thay đổi từ 300 K đến 900 K Các đường cong ứng suất - biến dạng nhận kéo dãn mẫu vật liệu theo trục với tốc độ biến dạng xấp xỉ 41012 s-1 Đoạn tuyến tính đường cong ứng suất - biến dạng tương ứng với vùng đàn hồi vật liệu Giá trị lớn đoạn tuyến tính ứng suất - biến dạng tương ứng với giá trị ứng suất đàn hồi (yied stress) Ứng suất tiếp tục tăng sau vượt qua điểm ứng suất đàn hồi đạt đến giá trị bão hòa giảm xuống Vùng đường cong ứng suất - biến dạng từ điểm ứng suất đàn hồi đến điểm ứng suất giảm xuống cho vùng tới hạn Tiếp theo vùng từ điểm ứng suất giảm xuống vùng biến dạng dẻo Mô đun đàn hồi E mẫu xác định thông qua độ dốc của đường cong ứng suất - biến dạng vùng tuyến tính giá trị đưa Bảng Từ Bảng ta thấy mơ đun đàn hồi tăng mật độ tăng, điều đưa cơng bố trước chúng tơi [10] Các giá trị E tính tốn nằm khoảng giá trị E xác định từ thực nghiệm (E có giá trị từ 118 - 210GPa ) [16] giá trị tính tốn mơ (E có giá trị từ 70 - 320 GPa) cơng trình [5] Điều ý tương quan mô-đun đàn hồi nhiệt độ ủ mẫu Với mẫu Si3N4 có mật độ 2,4 g.cm-3, 2,8 g.cm-3 3,1 g.cm-3, nhiệt độ tăng từ 300 K đến 900 K mơ-đun đàn hồi E giảm xấp xỉ 16,5%, 7,2% 4,9% tương ứng Như vậy, từ việc tính giá trị mơ-đun đàn hồi quan sát đường cong ứng suất - biến dạng (Hình 7) ta nhận thấy tính vật liệu Si3N4 bị ảnh hưởng nhiệt độ khoảng 300 K đến 900 K Mật độ mẫu tăng bị ảnh 23 Nguyễn Thị Trang, Nguyễn Thị Thu Hà, Lê Văn Vinh Phạm Khắc Hùng hưởng nhiệt độ Điều phù hợp ta thấy nhiệt độ ảnh hưởng đến cấu trúc vi mô vật liệu Si3N4 Kết luận Mô động lực học phân tử sử dụng để nghiên cứu cấu trúc vi mô tính vật liệu Si3N4 mật độ 2,4 g.cm-3, 2,8 g.cm-3 3,1 g.cm-3 với nhiệt độ ủ mẫu thay đổi khoảng từ 300 K đến 900 K Cấu trúc mẫu vật liệu mô phù hợp với thực nghiệm Các kết cho thấy cấu trúc vi mô (SPT, PBGLK, PBBKLH, Vvoid /V, độ dài liên kết rSi-N, rN-N, rSi-Si) bị ảnh hưởng nhiệt độ ủ mẫu khoảng nhiệt độ từ 300 K đến 900 K Mật độ mẫu Si3 N4 tăng ảnh hưởng nhiệt độ lên cấu trúc vi mô mẫu giảm Cơ tính vật liệu Si3N4 (mơđun đàn hồi E đường cong ứng suất - biến dạng) bị ảnh hưởng nhiệt độ dải từ 300 K đến 900 K Mật độ vật liệu Si3N4 tăng tính bị ảnh hưởng nhiệt độ Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Quỹ phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) với mã số đề tài 103.05-2013.68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] M.L Falk, C.E Maloney, 2010 Eur Phys J B 75, 405 E A Repnikova, V A Gutrov and Z V Panova, 1990 Phys Status Solidi A 119, 113 M Misawa, T Fukunaga, K Niihara, T Hirai, and K Suzuki, 1979 J Non-Cryst Solids 34, 313 T Aiyama, T Fukunaga, K Niihara, T Hirai, and K Suzuki, 1979 J Non-Cryst Solids 33, 131 A Omeltchenko, A Nakano, R K Kalia and P Vashishta, 1996 Europhys Lett 33, 667 F de Brito Mota, J F Justo, and A Fazzio, 1998 Phys Rev B 58, 8323 M Gastreich, J D Gale, and C M Marian, 2003 Phys Rev B 68, 094110 N Umesaki, N Hirosaki and K Hirao, 1992 J Non-Cryst Solids 150, 120 A Nakano, R.K Kalia, P Vashishta, 1995 Phys Rev Lett 75, 3138 V V Le, T T Nguyen, K H Pham, 2013 J Non-Cryst Solids 363, L Ouyang and W Y Ching, 1996 Phys Rev B 54, R15594 P Kroll, 2001 J Non-Cryst Solids 293-295, 238 I Ohdomari, Y Yamakoshi, T Kameyama and H Akatsu, 1987 J Non-Cryst Solids 89, 303 V V Le, T T Trang, S K Kim, K H Pham, 2013 Surf Coat Technol 218, 87 A Khan, J Philip, P Hess, 2004 J Appl Phys 95, 1667 M Vila, D Cáceres and C Prieto, 2003 J Appl Phys 94, 7868 ABSTRACT Study of the effect of annealing on the microstructure and mechanical properties of Si3N4 materials using simulation methodology Molecular dynamics simulation was used to study the microstructure and mechanical properties of amorphous Si3N4 with a density of 2.4, 2.8 and 3.1 g.cm-3, at a temperature of 300, 500, 700 and 900 K The microstrucrure of the samples was analyzed using the partial radial distribution function, coordination number, bond angles and void distributions The results show that a temperature in the range of 300 to 900 K has little effect on the microstructure of amorphous Si3 N4 With an increase in sample density, there is a decrease in the effect of temperature on the microstructure The mechanical properties were calculated looking at the uniaxial deformation of the samples The elastic modulus E was determined from the stress - strain curve The results also show that a temperature in the range of 300 to 900 K has little effect on the mechanical properties of amorphous Si3N4 , and the effect of temperature on the mechanical properties decreases as the density of the sample increases Keywords: Simulation, amorphous silicon nitride, bond angle, coordination number, deformation 24 ... nhiệt độ thay đổi có thay đổi nhỏ mật độ thay đổi Điều cho thấy cấu trúc hình học đơn vị cấu trúc bền vững nhiệt độ áp suất (mật độ) 20 Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ ủ lên cấu trúc tính vật liệu. .. nghiên cứu cấu trúc tính Si3N4 VĐH thực nhiệt độ phịng Ở nhiệt độ cao, cấu trúc tính Si3N4 VĐH thay đổi vấn đề cần làm rõ Do đó, nghiên cứu cấu trúc tính Si3 N4 VĐH với mật độ khác dải nhiệt độ khác... thấy nhiệt độ ảnh hưởng đến cấu trúc vi mơ vật liệu Si3N4 Kết luận Mô động lực học phân tử sử dụng để nghiên cứu cấu trúc vi mơ tính vật liệu Si3N4 mật độ 2,4 g.cm-3, 2,8 g.cm-3 3,1 g.cm-3 với nhiệt