摘要 我们报告了一种化学机械抛光 (CMP)，其中氧化铈磨粒在水环境中抛光硅晶片表面。使用了 Car-Parrinello 分子动力学 (CPMD) 方法，该方法能够非经验地处理非平衡系统中的化学反应动力学。CPMD 的第一个应用是一个模型，该模型包括由氧化铈簇摩擦的二氧化硅表面，以确定 CMP 过程中的基本摩擦化学现象。该模型由以氢为末端的二氧化硅表面（氧化晶片表面的代表性模型）和放置在二氧化硅表面粗糙附近的 H4Ce6O12 簇组成。明确考虑 H2O 分子以反映浆水的存在。外部载荷和剪切力被施加到集群上。在有限温度和摩擦条件下，在二氧化硅表面和二氧化铈簇之间的界面处形成了Ce-O-Si桥键。随后，形成了另一个 Ce-O-Si 桥键。这些新形成的桥键将硅原子变成了五配位的原子。因为这种状态可能是不稳定的，通过破坏粗糙中的原始 Si-O 键，金字塔结构迅速恢复，这意味着晶片表面变得平坦。通过参考静态密度泛函理论 (DFT) 计算，我们得出结论，这种键离解事件是由于形成了多个 Ce-O-Si 键。为了讨论泥浆水的影响，进行了类似的 CPMD 模拟，但没有 H2O 分子（即干摩擦）。这里，即使形成多个 Ce-O-Si 键，Si-O 键解离反应也不会发生。这意味着 CMP 需要浆料水，它可能有助于削弱 Si-O 键。CPMD 的第二个应用是由夹在二氧化硅和二氧化铈板之间的薄水层组成的模型，用于研究二氧化铈表面取向的影响。对两个低指数 CeO2 表面 (1 0 0) 和 (1 1 1) 进行建模。在两种模型中都可以观察到在氧化铈/二氧化硅界面上形成 Ce-O-Si 桥键的化学事件。然而，二氧化硅表面原始 Si-O 键的键解离反应仅在具有 (1 1 1) 表面的模型中进行，而不在 (1 0 0) 表面上进行。这种反应性的差异主要可以通过每个表面原子的排列来解释。(1 1 1) 表面提供六边形吸附位点，其固有地形成具有五个配位硅原子的结构，这是 CMP 过程中的重要中间体。另一方面，(1 0 0) 表面表现出正方形的吸附位点，很难形成所需的中间体。除了基本的 CMP 机制外，我们还成功地检测了氧化铈表面取向的影响，其中多个 Ce-O-Si 键引发了包括 Si-O 键断裂在内的化学反应。



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