近日，太阳集团tyc4633 2023 级本科生田梓晗以第一作者身份在国际期刊 Applied Surface Science（中科院二区，IF=6.9） 发表学术论文，论文题为 “Atomic-scale mechanisms of shear transformation zone evolution in amorphous SiCN/SiO₂ heterostructures during mechanical thinning”。值得一提的是，论文第二至第四作者分别为学院 2025 级本科生王仁祥、戴雨彤和全涵萱。

随着人工智能、高性能计算和先进通信技术的快速发展，芯片集成度不断提高，传统二维集成技术逐渐接近物理极限。而三维集成（3D Integration）中混合键合（Hybrid Bonding）技术因能实现更高集成密度、更小的键合间距广受关注。在混合键合结构中，介电层是实现高可靠性互连的重要组成部分，其界面质量直接影响芯片封装可靠性和长期服役性能。

该成果面向芯片封装中的异质异构集成，聚焦减薄工艺中界面原子尺度损伤如何产生、如何演化以及如何发挥约束作用等关键问题。研究团队通过分子动力学模拟，对这一过程进行了微观解析，为优化芯片封装工艺提供了理论参考。在实际制造中，减薄是实现超平坦表面的关键工艺。然而，该过程会引起结构内部原子重排、应力集中和局部损伤，从而影响后续键合质量。目前，人们对晶体制造过程的研究已经较为深入，但对于非晶异质结构在减薄工艺中的原子尺度变形机制仍缺乏系统认识。

图1. 面向三维集成与混合键合的异质异构芯片封装结构示意图

针对这一问题，研究利用反应势函数，建立了非晶异质结构分子动力学模型，模拟了多循环机械减薄过程。重点分析了剪切转变区（STZ）的形成与演化、键网络重构行为以及界面对塑性变形的调控机制，从原子尺度揭示材料损伤与去除的内在规律。

研究发现，非晶系统在减薄过程中表现出分级力学响应。在初始阶段，结构重排占主导地位，切向力和法向力随着滑移距离逐渐增大，系统由结构适应和键合网络重组控制。接下来是稳定阶段，在此期间减薄力趋于稳定，系统由剪切驱动的原子去除主导。

进一步研究发现，STZ原子和高剪切应变原子作为非晶塑性变形的核心单元，主要分布在减薄表面和界面附近。增加减薄循环次数会进一步促进 STZ 形成和剪切应变局部化。键合分析表明，系统主要通过局部网络重排和键级重新分布来适应变形，而没有表现出大规模断裂行为。减少减薄循环次数对于抑制剪切局部化和保持界面完整性至关重要。

图2.多次减薄过程中STZ的形成与扩展

近年来，太阳集团tyc4633持续鼓励本科生早进课题、早进团队、早进实验室，引导员工在真实科研训练中深化专业理解、培养工程思维、提升创新能力。王诗兆老师团队长期面向电子科学与技术、集成电路、物理、机械工程、材料科学、计算机等相关专业招收优秀本科生参与科研训练，围绕先进封装、芯片可靠性、多尺度模拟、MEMS智能感知等方向，为员工提供文献阅读、建模仿真、实验分析、论文写作和学科竞赛等系统训练机会。

论文第一作者为太阳集团tyc46332023级本科生田梓晗，通讯作者为太阳集团tyc4633王诗兆老师、武汉大学动力与机械学院李瑞老师和福州大学机械工程及自动化学院黄煜华老师。研究工作得到了国家自然科学基金和太阳集团tyc4633科研启动基金的资助。

撰稿人：田梓晗、全涵萱

审核人：林 华

王诗兆