沉積原子入射對(duì)外延鋁薄膜中失配位錯(cuò)形成的誘發(fā)作用研究.pdf

1、失配位錯(cuò)是薄膜科學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一，其主要形成于原子沉積生長(zhǎng)過(guò)程中，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)分析手段的空間和時(shí)間分辨能力都無(wú)法達(dá)到對(duì)原子尺度微觀過(guò)程的研究。本文采用三維分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，以面心立方金屬鋁為研究對(duì)象，采用EAM多體勢(shì)函數(shù)計(jì)算原子間相互作用力，對(duì)外延鋁薄膜中失配位錯(cuò)形成的一些影響因素進(jìn)行了原子模擬研究。研究?jī)?nèi)容包括：外延生長(zhǎng)薄膜的分子動(dòng)力學(xué)模型、模擬方法的建立及其相應(yīng)參數(shù)的選擇；沉積原子入射位置對(duì)外延薄膜失配位錯(cuò)形成的誘發(fā)作用；沉積原

2、子入射動(dòng)能對(duì)外延生長(zhǎng)薄膜中失配位錯(cuò)形成的影響。研究發(fā)現(xiàn)： (1)在失配度．f<,x>=-0.06的外延鋁薄膜中，失配位錯(cuò)孕育時(shí)間與沉積溫度、薄膜厚度有關(guān)，隨著沉積溫度和薄膜厚度的增大，失配位錯(cuò)孕育時(shí)間會(huì)減少，即失配位錯(cuò)越容易形成。 (2)失配度f(wàn)<,x>=-0.06，15個(gè)原子層厚且表面光滑的外延鋁膜在600K下可以保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而表面上的單原子入射可以誘發(fā)其快速形成失配位錯(cuò)。 (3)原子入射對(duì)外延薄膜失配位錯(cuò)形

3、成的誘發(fā)作用與原子入射位置有關(guān)。對(duì)于面心立方<111>生長(zhǎng)體系，原子入射到{111}表面四種特征位置上時(shí)的誘發(fā)作用強(qiáng)弱次序?yàn)椋篎CC位置>HCP位置>表面原子對(duì)頂位置>表面兩原子連線中點(diǎn)的正上方位置。 (4)沉積原子入射通過(guò)促使一個(gè)倒置正四面體構(gòu)型的原子團(tuán)的擠出，誘發(fā)處于壓應(yīng)變的外延膜中形成失配位錯(cuò)。不同的入射位置能使原子團(tuán)的擠出帶來(lái)差異，當(dāng)入射在：FCC位置和HCP位置時(shí)，擠出的倒正四面體構(gòu)型原子團(tuán)的底面與薄膜表面成一定角度；

4、當(dāng)入射在兩表面原子連線中點(diǎn)的正上方位置時(shí)，擠出的倒正四面體構(gòu)型原子團(tuán)的底面平行于薄膜表面。 (5)入射動(dòng)能足夠大的單原子對(duì)外延薄膜中失配位錯(cuò)的形成有誘發(fā)作用，且這種誘發(fā)作用隨原子的入射動(dòng)能增大而增大。原子在600K下入射到失配度f(wàn)<,x>=-0.06，15個(gè)原子層厚且表面光滑的外延鋁薄膜時(shí)，入射動(dòng)能只要大于等于0.14eV就可以誘發(fā)失配位錯(cuò)的形成。 (6)原子入射在FCC位置情況下，隨著原子入射動(dòng)能的增加，有二種不同作用