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薄膜外延生长的动力学Monte Carlo模拟

作　者: 杨晓萍
导　师: 郑殊
学　校: 大连理工大学
专　业: 等离子体物理
关键词: 外延生长纳米团簇动力学蒙特卡罗模拟薄膜形貌表面活性剂
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

从原子的尺度去揭示薄膜生长时粒子的微观运动过程和薄膜微观结构的演化规律,对粒子在生长表面的迁移、吸附和成核过程进行深入的了解,这对改进和优化薄膜生长工艺、改善薄膜性质和提高薄膜质量具有十分重要的意义。本文是在对薄膜生长的微观过程和研究方法有一定认识的基础上,参考了现有模型,运用蒙特卡罗和分子动力学相结合的方法对两种原子组成的薄膜外延生长过程进行了计算机模拟研究。在模型中,选取给定晶格数目的一维平滑基底,采用周期性边界条件来处理生长表面边界问题,主要考虑了沉积原子吸附和吸附原子扩散的动力学过程。通过理论分析和模拟计算,得到了原子的相互作用能和生长温度对薄膜形貌的影响。结果表明只有在原子的相互作用能满足(EAA+EBB-2EAB)>0时,薄膜分子外延生长才趋于相分离进而形成纳米团簇。进而在此基础上模拟了薄膜的生长温度对团簇形貌的影响。模拟结果表明：只有选取合适的生长温度才能较好的形成纳米团簇。如果生长温度较低,原子的扩散能力比较弱,吸附原子还没到达能量稳定的位置就又有新的原子沉积下来,则往往不能形成大的团簇；如果生长温度过高,沉积原子的能量比较大,容易挣脱团簇的束缚脱附出来,以单原子的形式分布或者形成小的团簇。最后模拟了系统中的活性剂原子的向上漂浮行为。模拟结果表明：活性剂原子的这种行为对生长温度有一个特别敏感的临界点,只有当生长温度越过这个温度临界点以后,原子向上漂浮的行为才会表现出来。当再继续升高温度,由于原子的扩散能力增强,导致向上漂浮的原子增多,并且使薄膜表面变的光滑平整。模拟时还发现基底的选取对薄膜的形貌也有显著的影响：当不考虑基底随机沉积原子时,B原子倾向于与同层A原子发生交换,薄膜生长形成纳米柱；当考虑基底沉积一层A原子时,B原子就成为一种很好的活性剂原子并倾向于与其随后沉积的上层的A原子发生交换,薄膜生长形式就表现为B原子向上漂浮的行为。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 薄膜及其研究背景  9-10
  1.2 薄膜生长的计算机模拟方法  10-13
    1.2.1 第一性原理分子动力学方法  10-11
    1.2.2 分子动力学方法  11-12
    1.2.3 动力学蒙特卡罗方法  12-13
  1.3 计算机模拟薄膜生长的研究进展  13-14
  1.4 本文的主要内容及安排  14-16
2 薄膜生长理论及模拟方法的应用  16-26
  2.1 薄膜生长理论  16-22
    2.1.1 沉积原子的吸附过程  17-18
    2.1.2 原子的脱附过程  18-19
    2.1.3 原子的扩散过程  19-21
    2.1.4 三维生长的模式  21-22
  2.2 模拟方法在薄膜生长过程中的应用  22-24
    2.2.1 模拟方法的应用  22-23
    2.2.2 模拟的基本思想  23-24
  2.3 本章小结  24-26
3 动力学Monte Carlo模拟纳米团簇的形成  26-39
  3.1 模型的建立  26-28
    3.1.1 基底和边界条件  27
    3.1.2 扩散模型  27-28
  3.2 模拟过程和程序流程图  28-30
  3.3 论分析  30-31
  3.4 数值模拟结果和讨论  31-38
    3.4.1 原子间相互作用能对薄膜形貌的影响  31-34
    3.4.2 温度对薄膜形貌的影响  34-38
  3.5 本章小结  38-39
4 动力学Monte Carlo模拟活性剂诱导外延生长  39-47
  4.1 表面活性剂  39-40
  4.2 表层活性剂外延生长  40-42
  4.3 模型建立  42-43
  4.4 模拟结果  43-46
  4.5 本章小结  46-47
结论  47-48
参考文献  48-52
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  52-53
致谢  53-54

薄膜外延生长的动力学Monte Carlo模拟

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