电流辅助烧结Cu原子扩散激活能影响机理第一性原理计算与实验研究

赵博; 张晓敏; 赵志鹏; 吴琼; 高鑫

doi:10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023020003

粉末冶金技术 ›› 2024, Vol. 42 ›› Issue (6) : 563 -572. DOI: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2023020003

电流辅助烧结Cu原子扩散激活能影响机理第一性原理计算与实验研究

赵博, 张晓敏, 赵志鹏, 吴琼, 高鑫

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摘要

从第一性原理计算与电流辅助烧结两方面出发，研究了外加电场对晶体Cu扩散激活能的影响规律。结果表明，外加电场和电流使Cu空位产生的难度降低，但是原子迁移能几乎不变，导致扩散激活能在达到电场强度（电流密度）阈值(2 V·?^-1(307.1 A·cm^-2))后略有下降，超过阈值后会剧烈下降，最终在电场强度（电流密度）达到5 V·?^-1(708.5 A·cm^-2)后，由于空位形成能逐渐下降到0，扩散激活能下降至临界值，扩散激活能临界值相比于阈值对应的扩散激活能降低了约60.2%。研究结果揭示扩散激活能在电场或电流作用下呈现出明显规律性的下降趋势，实验结果与第一性原理计算模拟结果呈现较好的正相关性。