文档介绍：项目名称:材料若干介观性能的表征及其尺度效应首席科学家:孙军西安交通大学起止年限:依托部门:教育部一、研究内容和课题设置为实现项目的上述目标,项目总体上需要解决的三个相关科学问题仍然为:(1)热力学参数尺度效应与材料介观性能基本参量表征:材料介观热/动力学参数尺度依赖性的解析函数表征,包括表面能及其尺寸效应的解析解、表面吸附的影响、对材料相变临界点的影响、介观材料相图及其尺度依赖性和扩散激活能、扩散系数等参数的尺度效应;与表面能等相关的膜体材料介观性能基本参量如硬度/模量/强度/韧性/内应力/电导等的实验测试和表征;膜/基界面的界面应力、结合强度、界面热失配和缺陷特征等;材料介观性能的力学建模与数值表征、介观性能尺度效应的结构特性表征等。(2)材料介观动态性能的特征与缺陷、形态的演化特性:研究在力/电/热等单一或耦合外场下材料介观性能表征及其动态响应,与损伤特征及其材料几何尺度和晶粒尺寸/晶体取向效应;材料中各种界面与缺陷间的交互作用及对缺陷演化行为的影响及其尺度效应;介观尺度下材料的物质迁移及形态演化及所导致的扩散性蠕变行为、界面迁移与形态演化;多场耦合条件下存在的薄膜结构弛豫行为;材料中点缺陷在多场作用下的无扩散性演化和驰豫行为与时效性及其相变临界点和尺度效应;原位、动态研究多场(力场、热场等)交互作用下不同介观性能对应的材料损伤失效特征;材料在模拟工况下的服役寿命及其可靠性特征。(3)介观力学性能的表面效应、界面效应与异质约束效应:研究晶体学取向及表面能和界面能变化对异质界面结合性能的影响;应用热力学平衡和非平衡理论,在介观尺度上揭示膜/基界面原子单双向扩散及膜内原子晶界或晶内扩散的异同及其驱动制约因素;研究表面与界面结构演变对超薄膜的介观性能及其弛豫性的影响,结合热力学尺度效应揭示多场交互作用机制及组合薄膜的几何和能量约束机理;发展经验的固体电子理论,研究薄膜与基底界面及多层膜界面之间电子性态及其功函数的恰当表达,结合数值模拟和物理模型,从微观层次探讨影响薄膜介观性能的表面、界面与异质约束效应,着重阐明界面电子密度差等特征参量对薄膜介观性能、特别是对超薄膜残余应力和界面强度的影响,为进一步建立相应的理论体系奠定良好基础。围绕项目的总体目标和研究内容,项目设置的6个研究课题不变,即:课题1:材料介观性能表征的热/动力学基础课题2:材料介观性能基本参量的实验表征课题3:材料介观动态性能与时效性演化课题4:材料介观性能的力学建模与数值表征课题5:材料介观性能尺度效应的结构特征课题6:材料介观服役特性与多场效应但根据各课题前两年的实际执行情况、对项目总体贡献及课题中期总结评议等情况,对各课题的研究内容和目标、人员及经费比例等都有所调整和修订。课题2和3将是项目支持的重点。6个课题的调整情况如下:课题1:材料介观性能表征的热/动力学基础课题1从热力学出发探讨电场作用下材料各种性能的尺寸效应,利用理论模型和计算机模拟表征各种性能及影响因素是项目的重要内容。在前2年已取得进展的基础上,继续按原计划进行,加强与各课题组的合作,研究电场及尺寸和形状对IC和MEMS等微电子元器件性能的影响,结合实验评测和数值模拟,建立热力学模型。课题研究重点包括:(1)利用第一原理模拟和热力学研究铜互连线在电场或磁场下的点缺陷的形成能、热稳定性、能隙、电阻率、功函数。获得铜内连