《表1 不同电场方向下Cu/Cu3Sn界面各原子的本征扩散系数》

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《电场作用下Cu/Cu_3Sn界面原子扩散行为的分子动力学模拟》

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表1为不同电场方向下Cu1、Cu2和Sn原子的本征扩散系数。从表1中可以看出，未施加电场时，界面附近Cu3Sn中Cu2、Sn原子的本征扩散系数比Cu晶体中Cu1原子的本征扩散系数大，这是由于Cu晶体中原子间的结合力比Cu3Sn中原子间的结合力大，因此需要更高的能量才能破坏Cu晶体中原子之间的键合作用；Cu3Sn原子间键合作用更易被破坏，Cu3Sn中更容易产生缺陷，而这些缺陷恰好有利于原子的扩散，正是由于界面原子的不平衡扩散，使得Cu/Cu3Sn界面形成柯肯达尔空洞。对体系施加反向电场时，与未施加电场相比，Cu晶体中Cu1原子的本征扩散系数增加了10.7%，这是由于施加反向电场时Cu1原子所受到的电场力的方向与浓度梯度的方向相同，原子扩散速度变快，但是Cu1原子的有效电荷数较小（Cu1在Cu晶体中的有效电荷数为5[16]），因此扩散系数增长不显著；而Cu3Sn晶体中Cu2和Sn原子所受到的电场力的方向与浓度梯度的方向相反，且Cu2和Sn原子的有效电荷数较大（Cu2在Cu3Sn中的有效电荷数为26.5，Sn在Cu3Sn中的有效电荷数为23.6[17]），因此Cu2和Sn原子的本征扩散系数分别降低了76.9%和53.4%。对体系施加正向电场时，与未施加电场相比，由于Cu1原子所受到的电场力的方向与浓度梯度的方向相反，因此Cu1原子的本征扩散系数降低了93.9%；而Cu3Sn晶体中Cu2和Sn原子所受到的电场力的方向与浓度梯度的方向相同，Cu2和Sn原子在电场力的作用下，更多的原子能够克服能垒达到扩散激活的状态，因此Cu2和Sn原子的本征扩散系数分别提高了187%和40.7%。由上可知，电场方向对界面原子的扩散速率有显著影响，施加正向电场时，Cu晶体侧原子与Cu3Sn侧原子的扩散速率差异更大，产生的柯肯达尔效应会更明显。