动力学蒙特卡罗方法模拟薄膜外延生长

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薄膜生长机制是薄膜科学研究的重要内容。随着现代信息科学技术的快速发展,功能性器件更加的趋向于微型化和集成化,如何制备符合需要的高质量的薄膜将显得很重要。薄膜初期的生长模式对整个薄膜的质量影响很大,因此从原子尺度去研究薄膜生长的规律将有助于提高制膜工艺。现在研究薄膜的主要手段是实验和计算机模拟,本文运用的是计算机模拟。本文在参考前人工作的基础上,通过分析了解薄膜生长中亚单层形核及粒子的微观运动规律,本文采用动力学蒙特卡罗方法,模拟了两类不同原子组成的薄膜外延生长时的薄膜形貌。模拟模型是二维的且无应力,边界问题用周期性条件来处理,基底是含有一定晶格数目的一维理想基底,模拟过程只考虑沉积和吸附原子在表面的扩散过程。本文没有考虑具体是何种材料和原子构成,在一定近似基础上模拟分析了有活性剂介入的薄膜外延生长情况。  本研究首先模拟了有活性剂介入时的薄膜形貌;模拟了原子间相互作用能对活性剂原子的影响,模拟结果表明原子间相互作用能只有满足EAA>EBB且(EAA+EBB-2EAB)>0时,活性剂原子才表现出向上漂浮的行为。其次在原子间相互作用能满足该先决条件下模拟了温度对活性剂原子向上漂浮行为的影响,并且模拟了当相互作用能改变后薄膜形貌随生长温度的变化。模拟发现随着温度的升高原子的向上漂浮能力增强,当温度足够高时,几乎所有的活性剂原子都通过交换作用漂浮到了最表层的位置,并且只有当超过某一临界温度时活性剂原子才开始向上漂浮;相互作用能改变后薄膜形貌有很大改变,说明了活性剂的选择不唯一。最后一部分运用动力学蒙特卡罗方法且在原子间相互作用能满足(EAA+EBB-2EAB)>0时模拟了当不考虑基底情况直接沉积与考虑基底有一单层A原子这两种不同情况下纳米团簇形貌的不同;同时模拟了在两种基底情况下,改变生长温度、沉积速率和基底晶格长度对形成纳米团簇的影响。模拟结果显示:当不考虑基底直接沉积原子时,薄膜内部形成大尺寸的纳米团簇;而当基底为一单层A原子时,薄膜内部形成了较多离散的小尺寸团簇,且B原子有向上漂浮的趋势;在本文的模型下,随着温度的升高纳米团簇尺寸变大,沉积速率变大时团簇尺寸变化不明显,基底晶格长度的不同对团簇形貌没有影响。
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