Study on the crack formation mechanism in nano-cutting of gallium arsenide

材料科学 砷化镓 脆性 砷化物 复合材料 无定形固体 位错 冶金 结晶学 光电子学 化学
作者
Chenghao Chen,Min Lai,Fengzhou Fang
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier]
卷期号:540: 148322-148322 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2020.148322
摘要

Gallium arsenide is a typical brittle material, and crack formation is one of the most serious issues in the nanometric processing. This paper majors in studying crack formation mechanism in nano-cutting of gallium arsenide. In the molecular dynamics simulation of nano-cutting process, the main damage changes from dislocation to phase transformation with the increasing cutting speed. The amount of cracks increases with the higher cutting depth, and the deformation mode turns from ductile to a combination of ductile and brittle. Cracks appear at the boundary between amorphous layer and single crystal in the subsurface and tensile stress concentration is observed around the crack tip. The crack area is polycrystalline in the models with large tool radius. Brittle-ductile transition is observed by taper-cutting experiment of gallium arsenide, and the cutting depth is measured as 25 nm where the initial surface crack forms, which proves the low brittle-ductile transition depth of gallium arsenide. Micro cracks and polycrystals are found in the subsurface of transition area by cross section TEM, which is consistent with simulation results.

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