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温度对Cu-Ni异质外延生长影响的分子动力学模拟研究

作　者: 刘志强
导　师: 周耐根
学　校: 南昌大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 温度外延生长薄膜分子动力学
分类号: O611.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

薄膜的性质取决于原子沉积生长过程决定的结构,而实验分析手段的空间和时间分辨能力都无法达到对原子尺度微观过程的研究,基于分子动力学的计算机模拟为薄膜生长研究提供了一个十分有效的手段。本文以<111>外延生长Cu/Ni薄膜和Ni/Cu薄膜为对象,采用三维分子动力学模拟方法,原子间作用力采用SC-EAM多体势函数,利用建立的分子动力学模型和模拟方法,对薄膜的沉积过程进行了模拟研究。主要包括：生长温度对薄膜生长模式影响；生长温度对薄膜内部结构和表面形貌的影响；生长温度对薄膜和衬底之间的界面互扩散现象的影响。得出如下结论：(1)在300 K-700 K的温度范围内,随着生长温度的升高,Cu/Ni体系和Ni/Cu体系的表面形貌均由粗糙的岛状结构变成光滑的层状结构；生长模式由岛状生长转变为层状生长；界面互扩散也越来越剧烈。(2) Ni/Cu体系比Cu/Ni体系的表面更粗糙,Ni/Cu体系要到700 K以上才能得到光滑表面,而Cu/Ni体系在500 K温度之上就可观测到光滑表面；Ni/Cu体系比Cu/Ni体系的薄膜内部原子排列更疏松,Ni/Cu体系要到700 K温度之上内部原子才能致密排列,而Cu/Ni体系在300 K温度时就显示为致密排列；Ni/Cu体系的界面互扩散明显,但Cu/Ni体系的界面仅在700 K的高温下才有少量的互扩散。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章绪论  7-14
  1.1 薄膜与薄膜技术  7-8
  1.2 薄膜理论与分析技术  8-10
  1.3 外延生长及外延薄膜国内外研究现状  10-12
  1.4 计算机模拟的优势及其在薄膜研究中的应用  12-13
  1.5 本论文工作的主要目的和研究重点  13-14
第2章分子动力学方法及外延生长模型  14-29
  2.1 计算机模拟技术  14-16
  2.2 分子动力学方法  16-23
    2.2.1 分子动力学基本方程  16-17
    2.2.2 分子动力学基本算法  17-19
    2.2.3 温度和压强控制  19-22
    2.2.4 边界条件  22-23
  2.3 原子间相互作用势  23-26
    2.3.1 EAM原子间相互作用势  23-24
    2.3.2 SC-EAM势函数  24-26
  2.4 外延生长的原子模型  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章 Cu/Ni薄膜外延生长及其结构的分子动力学模拟  29-40
  3.1 分子动力学模型和运行参数  29
  3.2 晶格常数及应力-应变关系的分子动力学测定  29-31
  3.3 结果讨论  31-38
    3.3.1 生长温度对Cu/Ni薄膜结构的影响  31-35
    3.3.2 生长温度对Cu/Ni薄膜层密度的影响  35-36
    3.3.3 生长温度对Cu/Ni薄膜界面互扩散的影响  36-38
  3.4 本章小结  38-40
第4章 Ni/Cu薄膜外延生长及其结构的分子动力学模拟  40-50
  4.1 分子动力学模型和运行参数  40
  4.2 结果讨论  40-49
    4.2.1 生长温度对Ni/Cu薄膜结构的影响  40-44
    4.2.2 生长温度对Ni/Cu薄膜层密度的影响  44-46
    4.2.3 生长温度对Ni/Cu薄膜界面互扩散的影响  46-48
    4.2.4 与Cu/Ni体系的对比讨论  48-49
  4.3 本章小结  49-50
第5章结论与展望  50-51
  5.1 结论  50
  5.2 进一步研究的方向  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-59
攻读学位期间的研究成果  59

温度对Cu-Ni异质外延生长影响的分子动力学模拟研究

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