申请/专利权人：北京理工大学

申请日：2023-12-06

公开（公告）日：2024-03-19

公开（公告）号：CN117727384A

主分类号：G16C20/30

分类号：G16C20/30

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.04.05#实质审查的生效;2024.03.19#公开

摘要：本发明公开了基于第一性原理预测元素对金属间化合物生长影响的方法，包括以下步骤：建立金属间化合物及其掺杂模型；金属间化合物及其掺杂结构优化；确定稳定掺杂模型：计算Ni3Sn4中原子的空位形成能；CI‑NEB寻找Ni3Sn4原子扩散路径的过渡态；确定Ni3Sn4的主要扩散路径；稳定掺杂模型主要扩散路径的扩散激活能；掺杂前后主要扩散通道能量变化。本发明中采用第一性原理，从原子尺度，电荷分布，结构稳定性等方面进行研究，可以对焊料与基板之间的界面IMC生长过程中原子迁移行为进行微观解释，并经过渡态搜索来确定金属间化合物的主要扩散路径。在对晶体结构进行原子迁移的能量计算时，通过比较掺杂前后的能量变化，从而达到预测金属间化合物生长快慢的目的。

主权项：1.基于第一性原理预测元素对金属间化合物生长影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1，建立金属间化合物及其掺杂模型：使用MaterialsStudio软件构建1×2×2的Ni3Sn4超胞，Ni3Sn4中有Ni4a、Ni4i、Sn4i1和Sn4i2四种位点，分别将四个位点处的原子替换为掺杂原子，生成四种不同替换位点的掺杂模型；步骤S2，金属间化合物及其掺杂结构优化：利用基于密度泛函理论的VASP程序，采用广义梯度近似GGA中的PBE泛函来描述交换关联能，对两种模型进行结构优化；步骤S3，确定稳定掺杂模型：基于形成能公式，得出不同掺杂结构的形成能，根据能量越低越稳定原则，确定最稳定的掺杂模型，形成能公式如下： 其中m,n,k分别是晶胞中Ni,Sn,掺杂元素A的原子数，是掺杂A后的总能量，μNi、μSn、μA分别对应于Ni、Sn和A原子的化学势，取k-point为2×3×2；步骤S4，计算Ni3Sn4中原子的空位形成能：Ni3Sn4中存在四种不同位点，因此会产生对应四种类型的空位,根据以下公式计算出不同位点形成空位所需要的能量 步骤S5，CI-NEB寻找Ni3Sn4原子扩散路径的过渡态：Ni3Sn4中四种空位与最近邻原子之间的迁移为Ni3Sn4中原子的扩散路径，对每条扩散路径上的空位-原子交换进行CI-NEB过渡态搜索，获得原子跃迁需要克服的最低势垒；步骤S6，确定Ni3Sn4的主要扩散路径：通过计算不同路径上的扩散激活能，比较得出Ni3Sn4的扩散通道；步骤S7，稳定掺杂模型主要扩散路径的扩散激活能：计算稳定掺杂结构中掺杂原子附近最佳扩散路径上的扩散激活能；步骤S8，掺杂前后主要扩散通道能量变化：比较掺杂前后最佳扩散路径上的扩散激活能，扩散激活能越小表示形成空位及扩散需要的能量越小，则越容易在此路径上发生原子扩散行为，金属间化合物的生长速率越快。

全文数据：

权利要求：

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