应用晶体相场方法模拟研究金属微互连结构形变过程对界面Kirkendall空洞生长的抑制作用。主要研究在金属微互连结构对称界面不同取向差的情况下, 双向恒定速率应变对Kirkendall空洞微观组织及生长动力学的影响。研究结果表明: 金属微互连结构界面在双向恒定速率应变作用下有非晶化趋势, 界面原子错配度和缺陷密度增大, 进而抑制Kirkendall空洞的生长; 双向恒定速率应变不改变Kirkendall空洞在对称界面取向差情况下的形核方式, Kirkendall空洞的形核方式为体系形核点饱和后的晶界形核; Kirkendall空洞在金属微互连结构小角度对称和大角度对称界面皆为均匀分布; 随着演化时间的延长Kirkendall空洞平均尺寸和面积均逐渐增大; 随着小角度对称界面取向差的增大Kirkendall空洞平均尺寸、面积和生长指数均逐渐降低; 随着大角度对称界面取向差的增加, Kirkendall空洞平均尺寸和面积逐渐减小, 而生长指数逐渐增大。双向恒定速率应变可有效减小Kirkendall空洞生长尺寸和面积, 抑制Kirkendall空洞的生长, 进而提升金属微互连结构的可靠性。

在晶化物理模型中添加扩散系数对晶化过程的影响, 采用相场方法研究初始形核率和初始形核半径对一次晶化过程中微观组织和生长动力学的影响。结果表明: 随着初始形核率的增加, 相同时间内非晶一次晶化的晶粒数量逐渐增加, 晶粒尺寸逐渐减小。晶化分数随着演化时间和初始形核率的增加逐渐增大, 初始形核率越大, 相同演化时间内的晶化分数越高。不同初始形核半径情况下, 非晶一次晶化过程中的晶粒数量和尺寸随着演化时间的增加基本保持不变。晶化分数随着演化时间的增加而增大。不同初始形核率和初始形核半径情况下所对应的生长指数均小于1, 表明初始形核率和初始形核半径对晶化方式无影响, 均为一次晶化。改变初始形核率和初始形核半径可调控一次晶化微观组织结构, 而晶粒尺寸及晶化分数直接关系到合金性能。