MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF POLISHING PROCESS BASED ON COUPLING VIBRATIONS OF LIQUID

Molecular dynamics method is applied to study the machining mechanisms of polishing based on coupling vibrations of liquid. The physical phenomena of abrasive particles bombarding on silicon monocrystal surface are simulated using Tersoff potentials. The effects of vibration parameters, particle size, incident angle and particle material are analyzed and discussed. Material removal mechanisms are studied. Deformation and embedment phenomena are found in the simulations, Bombardment will destroy the crystal structures near the impact point, and adhesion effect is responsible for final removal of material.

超声振动辅助抛光氮化镓分子动力学仿真分析

为了揭示超声振动辅助抛光(ultrasonic vibration-assisted polishing,UVAP)氮化镓(GaN)的微观机理,为优化超声参数实现GaN材料高效去除和改善表面质量提供指导意见。采用分子动力学(molecular dynamics,MD)模拟方法研究了超声振动条件下单个磨粒在氮化镓(GaN)材料表面的划擦行为,并分析了超声振动周期和幅值对GaN材料去除行为的影响。结果表明,随UVAP振动周期的增大,平均切向力不断减小,平均法向力先增大后减小,损伤层厚度先降低后逐渐趋于平缓。振动周期为40 ps时,去除原子数量为常规抛光的5.6倍,同时损伤层深度仅为15.85。而随着UVAP振幅的增加,平均切向力先减小后增大,平均法向力不断减小,划痕宽度和损伤层深度非线性增大。在振幅为8时,损伤层深度与常规抛光基本保持一致,且去除原子数量相比常规抛光提升了4.6倍。UVAP较常规抛光能够降低平均磨削力,增大划痕宽度,提升去除原子数量,具有优异的抛光效果。UVAP振动周期和振幅的增大均会增加划痕底部的位错类型。此外,位错总长度的大小主要受振幅的影响,而与振动周期基本无关。通过调控UVAP振动周期和振幅分别为40 ps和8,能够保证较好的表面质量和较高的材料去除效率。

超声-化学机械研抛的流体动力学仿真

为研究保持环超声振动对抛光试件和抛光垫间流场性能的影响,利用COMSOL Multiphysics软件分别针对实体研抛盘和有孔抛光垫,对研抛区流体进行了有限元建模与仿真,分析了试件保持环超声振动的频率、振幅对研抛区流体的速度、压力及气含率分布的影响规律。仿真结果表明:超声振动会使流体的速度与压力剧烈变化,在保持环振子下方产生极强的微射流,而试件下方的流速变化较为平缓;随着超声频率或振幅的增加,流体内的最大速度、最大压力以及最大气含率线性增加。和实体研抛盘相比,使用打孔抛光垫后,抛光试件下方流体最大速度减小数十倍,变化更加平稳,而最大压力却增大了百余倍,试件底面处的最大气含率也有所增大,空化效应更加强烈,更有利于在抛光过程中生成化学反应自由基与提高材料去除率。