薄膜初期成核及生長(zhǎng)過程的模擬研究.pdf

1、本文對(duì)薄膜初期成核及生長(zhǎng)過程進(jìn)行了模擬研究，主要由兩部分構(gòu)成：一是研究低溫下薄膜的分形生長(zhǎng)，包括超薄金屬膜的多中心分形生長(zhǎng)、分形理論在薄膜中的應(yīng)用、不同襯底表面結(jié)構(gòu)對(duì)薄膜分形生長(zhǎng)的影響；二是研究高溫下薄膜致密團(tuán)狀生長(zhǎng)，通過改變模擬參量(如基板溫度、沉積速率和覆蓋度等)得到模擬結(jié)果，并把模擬結(jié)果與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論和比較。 在引言中，介紹了眾多文獻(xiàn)報(bào)道的薄膜生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的研究情況，特別是低溫下出現(xiàn)的分形生長(zhǎng)現(xiàn)象和高溫下致密團(tuán)狀生

2、長(zhǎng)現(xiàn)象；同時(shí)簡(jiǎn)單地介紹了近年來計(jì)算機(jī)模擬薄膜生長(zhǎng)的研究現(xiàn)狀。 第二章著重介紹薄膜的成核生長(zhǎng)理論，用圖解法對(duì)吸附粒子的表面擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行解釋，并討論了不同的襯底結(jié)構(gòu)對(duì)分形和團(tuán)狀生長(zhǎng)的影響；還介紹了島密度、島尺寸分布和平均場(chǎng)成核理論等成核基本概念；另外，還討論了多層外延生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，運(yùn)用Ehrilich-SchWOebel(ES)勢(shì)解釋薄膜生長(zhǎng)模式，并提出了制膜工藝的改良方法。 第三章介紹了有關(guān)分形的一些基本概念，包括分形、分形

3、維數(shù)和分形特性等，概述了分形在薄膜生長(zhǎng)中的應(yīng)用，還介紹了本模型分形維數(shù)的算法：盒計(jì)數(shù)法和Sandbox法。 第四章側(cè)重于實(shí)現(xiàn)薄膜生長(zhǎng)模型。模型中涉及到一系列數(shù)學(xué)和物理方法，其中數(shù)學(xué)方法有Montecarlo方法的偽隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生和檢驗(yàn)以及隨機(jī)變量抽樣方法等；物理方法有Lennard-Jones作用勢(shì)和Arrhenius方程等。本文共實(shí)現(xiàn)了四個(gè)生長(zhǎng)模型：MC模型(MonteCarlo)，LJ-MC(Lennard-JonesMont

4、eCarlo)模型，LJ-MC-Edge(Lennard-JonesMonteCarlo-Edge)模型和KMC模型(KineticMonteCarlo)。其中MC模型和LJ-MC模型適用于低溫下薄膜的分形生長(zhǎng)情況的研究KMC模型是把沉積速率、基板溫度等量化了的模型，適用于高溫下致密團(tuán)狀生長(zhǎng)的情況；LJ-MC-Edge模型則是研究分形生長(zhǎng)和團(tuán)狀生長(zhǎng)之間的過渡模型。 第五章是模擬結(jié)果的分析與討論。首先對(duì)分形生長(zhǎng)模擬圖案和數(shù)據(jù)進(jìn)行分

5、析與討論，主要考慮最大擴(kuò)散步數(shù)和覆蓋度對(duì)穩(wěn)定島密度、初始生長(zhǎng)階段、分形維數(shù)和平均島尺寸的影響。MC模型考慮了不同襯底表面結(jié)構(gòu)的影響，如(001)和(111)襯底等；另外，以Fe/Fe(001)生長(zhǎng)為例實(shí)現(xiàn)比較系統(tǒng)的KMC生長(zhǎng)模型，并討論分析了致密團(tuán)狀生長(zhǎng)的模擬圖案和數(shù)據(jù)結(jié)果。主要考慮了基板溫度、沉積速率和覆蓋度等對(duì)穩(wěn)定島密度、初始生長(zhǎng)階段、擴(kuò)散系數(shù)、平均擴(kuò)散步數(shù)和平均島尺寸等的影響。 第六章總結(jié)了模擬的結(jié)論。剖析薄膜成核及生長(zhǎng)過