表面劑誘導外延生長的KMC模擬.pdf

1、薄膜生長機制是薄膜科學研究的重點內容之一。實驗上可以利用掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)等來觀察薄膜形成過程中表面形貌和結構的演變。理論上，計算機模擬是研究薄膜生長原子過程的重要方法。計算機模擬研究的意義在于：一方面可以研究某些實驗中無法觀察到的原子過程的細節(jié)，另一方面，計算機模擬可以很方便地改變薄膜生長過程中的各種參數(shù)，如沉積溫度、沉積速率等。計算機模擬還可以用于研究實驗上難以實現(xiàn)的高沉積率、高沉積溫度等極端生長條件下

2、薄膜的生長情況。在薄膜外延生長中，沉積原子的形核和生長初期階段的性質直接影響到將要形成的整體薄膜的質量。本文運用動力學蒙特卡羅方法模擬研究薄膜外延生長初期二維島的形核和生長行為。主要研究內容如下： 1．進一步拓展RLA模型。在改進的RLA模型中，島的形核和生長由增原子和表面劑原子之間的交換過程控制，島邊緣交換勢壘依賴于表面劑臺面上和表面劑層下最近鄰的原子數(shù)。系統(tǒng)地研究島形狀和島密度隨沉積率演變的規(guī)律。 2．運用動力學蒙特

3、卡羅方法研究表面劑誘導外延中島的早期形核和生長行為。建立了可逆的RLA模型，該模型包括三個主要的原子過程：增原子在表面劑臺面上擴散、增原子與它下面的表面劑原子之間的位置交換、已交換到襯底的增原子與它上面的表面劑原子交換位置重新回到表面劑臺面上。模擬結果顯示，在確定的沉積率下，形核密度N由于恢復交換隨溫度增加被激活而發(fā)生轉變，對應的轉變溫度T<,x>將曲線N～T分成了兩個不同的區(qū)域。在不同的溫區(qū)，島密度隨沉積率的演變呈現(xiàn)不同的特性。用多重

4、分形譜對不同生長條件下島的分布作了定量表征。在轉變溫度T=T<,x>處，多重分形譜的寬度最小、頂值最高；隨著溫度的升高或降低，譜的寬度增大，頂值減小。 3．模擬研究了表面劑誘導外延中島的形核密度和島尺寸分布的標度行為。 結果顯示，對于在高溫區(qū)由恢復交換過程控制的成核和在低溫區(qū)由傳統(tǒng)的擴散過程控制的成核，其形核密度和島尺寸分布表現(xiàn)為相似的標度行為。然而，在中溫區(qū)，由交換過程控制的成核導致核密度隨溫度升高而增大，而島尺寸分布