摘要
SiC单晶材料因其禁带宽度大、电子迁移率高等诸多优势成为第三代半导体材料的代表。超精密磨削正逐渐成为其主流加工工艺，对硬脆材料SiC单晶具有良好加工效果，但仍不可避免地给晶片留下加工损伤。目前，基于实验手段对SiC超精密磨削机理的研究还不够完善，深入研究SiC单晶超精密磨削机理对实现SiC单晶高平整度、低表面粗糙度与低亚表面损伤的高效磨削加工具有重要的指导意义。 分子动力学仿真可从微观尺度对原子模型特征进行分析，已广泛应用于物理、材料、医学等研究领域，并逐渐向机械加工领域扩展。将分子动力学仿真用于4H-SiC延性域超精密磨削机理研究，可从微观过程研究超精密磨削机理，弥补当前基于实验方法研究的不足，该研究具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文基于分子动力学的4H-SiC延性域超精密磨削仿真，分别从磨削质量、磨削力与等效应力、势能与温度等方面对磨削机理展开了系统深入的研究，并进行了仿真有效性分析，主要研究内容如下： (1)基于分子动力学磨削仿真分析了4H-SiC延性域材料去除机理。选择合适的仿真参数建立分子动力学磨削仿真模型，基于磨削仿真结果从磨削表面质量、磨削力与等效应力、系统势能与温度等角度分析4H-SiC单晶磨削机理，并对比了金刚石磨粒与以铜为基体的金刚石磨粒的磨削仿真结果。 (2)基于Cu基体磨粒磨削仿真模型研究延性域不同磨削参数(磨削速度、磨削深度及磨粒半径)对4H-SiC磨削表面质量的影响，从磨削力与等效应力、势能与温度等角度解释出现该影响的原因，并依据实际试验进行仿真有效性分析。 (3)基于Cu基体磨粒磨削仿真模型分析微裂纹磨削机理。对裂纹在切割等前序加工阶段的形成与扩展行为进行分析；建立含有不同微裂纹相对位置的4H-SiC材料模型，对不同方向与位置的微裂纹在磨削加工仿真中的材料去除行为、磨削力与磨削应力变化进行研究。
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