電子全息與離子致變形貌及磁控濺射成膜機理的計算機模擬研究.pdf

1、本論文分為三個部分：電子全息及其數(shù)值重現(xiàn)，離子濺射致變Si表面納米形貌的實驗與模擬研究，以及磁控濺射成膜機理研究。 一．電子全息 電子全息由于可獲得原子級分辨率的物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，而成為微觀結(jié)構(gòu)研究的一種有效手段，也可用于獲得微電磁場分布。由場發(fā)射槍發(fā)出一相干電子束，通過樣品的那部分電子束受到調(diào)制成為物波，另一部分未受調(diào)制的電子束則作為參考波，兩束波通過電子棱鏡時被偏轉(zhuǎn)，最后在像平面上相干成全息圖像。電子全息的重現(xiàn)是電子全息

2、的關(guān)鍵技術(shù)，重現(xiàn)的方法很多，包括濾波法，神經(jīng)網(wǎng)絡，遺傳算法等。濾波法方便快捷，但是信息有丟失；神經(jīng)網(wǎng)絡需對網(wǎng)絡進行抗噪聲預訓練。本文應用遺傳算法，以7×7超級像素為一基本計算單元，帶電乳劑小球產(chǎn)生的微電場離軸電子全息圖為例，借助復制，交換，突變等操作，直接搜索全局最優(yōu)解，實現(xiàn)了對電子全息圖的數(shù)值重現(xiàn)。結(jié)果證明：采用遺傳算法重現(xiàn)離軸電子全息圖是可行的，并獲得高質(zhì)量的微電場分布圖。此研究有助于：電子全息數(shù)值重現(xiàn)方法的改進以及重現(xiàn)分辨率的提高

3、。 二．離子濺射致變Si表面納米形貌的實驗與模擬研究 離子濺射Si表面產(chǎn)生的自組裝納米點隨離子束流密度變化的現(xiàn)象，引起了廣泛的關(guān)注。通常認為Bradley-Harper模型適用于解釋半導體和無定型材料表面納米結(jié)構(gòu)的變化，特別是在束流密度>～280μA/cm<'2>時，可以正確解釋Si表面納米點隨束流密度的變化；但實驗發(fā)現(xiàn)當束流密度<～280μA/cm<'2>時，不能解釋Si表面納米結(jié)構(gòu)隨束流密度的變化。為此本文引入了Eh

4、rlich-Schwobel模型一考慮引入Ehrlich-Schwobel臺階勢壘修正B．H模型，很好的解釋了小束流密度下，Si表面納米點隨束流密度變化的實驗現(xiàn)象，并得知：有效ES擴散因子隨束流密度的增加而減小，在束流密度接近280 μA/cm<'2>時，ES勢壘的影響可以忽略不計。此研究工作有助于今后模型的修正以及納米點的控制。 三．磁控濺射成膜機理研究 采用多尺度模擬的方法，對等離子體磁控濺射沉膜的全過程進行了模擬研

5、究，包括背景氣體壓強。首先模擬磁場分布；隨后模擬等離子體放電的發(fā)生過程，得到轟擊靶材的入射離子流密度分布和能量角度分布；然后利用這些已得到的數(shù)據(jù)計算靶體材料的濺射產(chǎn)額，得到靶體刻蝕剖面曲線；并對薄膜沉積進行了初步宏觀模擬，得出了背景氣壓和濺射靶-基板間距，對薄膜厚度的影響。在上述工作的基礎上，本論文著重介紹利用蒙特卡羅方法，對考慮了濺射原子到達基板后，發(fā)生遷移、脫附等物理過程后的薄膜生長微觀機制，進行了模擬研究。得到了沉積在基板上的薄膜