[發明專利]基于計算機模擬分析導電聚合物和半導體粘附機理的方法

在審

• 申請號: 202111488373.4
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN113903403A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 畢可東;錢逸程;郭明;楊俊
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G16C10/00
• 分類號: G16C10/00;G16C20/30
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

本發明提供了基于計算機模擬分析導電聚合物和半導體粘附機理的方法，創造性地將拉伸分子動力學模擬與QEq電荷平衡法結合，獲取導電聚合物和半導體粘附強度，并從電負性和熵變相結合的全新角度對兩者之間的粘附機理進行深入分析。本發明方法簡單易行，適用范圍廣；拉伸分子動力學方法解決了常規分子動力學模擬的模擬時間限制難題，在納秒級時間內模擬出相對準確的粘附作用，降低了對計算機性能的要求；QEq電荷平衡法解決了無機系統和聚合物體系的電荷分布問題，并且允許這些體系中的電荷響應外界環境的變化；分子動力學模擬排除實驗中難以避免的現實因素影響，通過原子級現象來探索兩者之間的粘附機理，并為預測宏觀性能提供更加可靠的依據。

技術領域

本發明屬于界面粘附的計算機模擬技術領域，具體涉及基于計算機模擬分析導電聚合物和半導體粘附機理的方法。

背景技術

導電聚合物由于其出色的導電性，導熱性和其它機械性能，在技術應用方面已經引起了人們極大的興趣，這為其在多個領域提供了潛在的應用機會，尤其是電子封裝領域。在電子封裝領域中，合理選擇導電粘合劑材料是非常關鍵的。導電粘合劑通常用于將半導體粘附到其他物體上，涉及到的粘附作用是一個多方面的復雜現象，它取決于多種因素，例如基材結構，熱力學行為和濕度等等。最初，Sn和Pb等焊料被廣泛用于連接電子設備，但是由于這些材料對環境非常不友好，因此逐漸被由樹脂基體和導電填料組成的導電粘合劑所取代。不過，這些新粘合劑的電導率和熱導率仍相對較差，嚴重限制了它們在功率組件上的使用。因此，導電聚合物被認為是未來電子設備封裝中更好的粘合劑之一。

我們需要進一步了解導電聚合物與半導體之間的粘附機理，這對導電聚合物未來在該領域的應用是至關重要的。但目前，仍然缺乏在原子水平上對這種粘附機理的分析。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種基于計算機模擬分析導電聚合物和半導體粘附機理的方法，創造性地將拉伸分子動力學模擬與QEq電荷平衡法結合，獲取導電聚合物和半導體粘附強度，在保證計算準確度的同時提高計算效率，并從電負性和熵變相結合的全新角度對兩者之間的粘附機理進行深入分析。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于計算機模擬分析導電聚合物和半導體粘附機理的方法，包括以下步驟：

1)在Material Studio軟件中建立模擬體系，模擬體系中包括導電聚合物和半導體，導電聚合物以單鏈形式存在；

2)在分子動力學模擬中，采用共軛梯度法對所述模擬體系進行能量最小化，獲得初始優化模擬體系；

3)在分子動力學模擬中，采用NVT系綜，使用Nose-Hoover溫度耦合法對所述的初始優化模擬體系進行升溫，獲得二次優化模擬體系；

4)在分子動力學模擬中，采用NPT系綜，使用Nose-Hoover溫度耦合法和各向同性校正控壓法對所述的二次優化模擬體系中進行恒溫恒壓控制，獲得最終優化模擬體系；

5)對所述的最終優化模擬體系進行拉伸分子動力學模擬，獲得SMD采樣軌跡；

6)對獲得的SMD采樣軌跡進行能量提取，根據能量提取的結果獲得導電聚合物和半導體之間的粘附強度；

7)對獲得的粘附強度進行能量分解，根據能量分解的結果確定導電聚合物和半導體之間的粘附機理。

優選的，步驟2)所述的能量最小化優化包括依次進行以下階段的優化：導電聚合物的結構優化以及半導體的表面松弛；優化過程中，每次的優化步數為100～1000步。

優選的，步驟3)中所述的NVT系綜的模擬溫度是由0K上升到295～305K，升溫時間控制在500 ps內。

優選的，步驟4)中所述的NPT系綜的模擬溫度控制為295～305K，時間控制在500ps內；平行于半導體接觸表面的兩個方向采用1個大氣壓的周期性邊界條件，垂直于半導體接觸表面的方向采用真空的非周期性邊界條件。