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斜入射离子束辅助沉积类金刚石膜的模拟研究

开花  
【摘要】: 由于类金刚石薄膜具有很多优良的物理、化学性质和广泛的应用前景,对其生长机制和合成方法的研究一直是物理学及材料科学研究领域的重要内容。实验工作者已经成功地用离子束辅助沉积方法合成无氢类金刚石薄膜。此外,在一定的实验条件下,离子束辅助沉积方法可以提高合成薄膜的密度、硬度及增强薄膜与表面的结合。并且在实际工作中,工件表面形状比较复杂,离子束入射方向往往与工件表面成一定角度。最近研究表明,离子束辅助沉积方法中离子束入射角度对薄膜的结构及各项性能有较大的影响,当其它沉积条件均相同的情况下,离子束入射角度不同,微观结构大相径庭。为解释上述现象,本文采用分子动力学方法,分别选用Brenner、Tersoff和Ziegler Biersack Littmark (ZBL)势描述原子间的相互作用,并设计了辅助离子Ar以不同角度入射的离子束辅助沉积的计算机实验模型,模拟了C2在硅(001)-(2×1)表面上沉积类金刚石薄膜的动力学过程。从原子尺度上研究了离子束辅助沉积类金刚石薄膜过程中离子束入射角对薄膜结构的影响。重点讨论了不同的离子束入射角所对应的薄膜表面模型、平均密度、sp~3键含量、滞留在薄膜中的Ar原子数、不同的离子束入射角随着到达比(辅助轰击离子(Ar)和沉积原子(C)的比率)和入射能的变化,并和相关的实验结果进行了比较。结果表明,离子束斜入射加强了入射原子水平方向的动能,从而加强了原子水平迁移;Ar离子斜入射时C原子的迁移率均比垂直入射大,薄膜密度和sp3键含量都比垂直入射低。斜入射时滞留在薄膜中的Ar原子数比垂直入射少,有利于提高薄膜的硬度。不同的离子束入射角随着到达比和入射能的变化,对薄膜结构的影响不同。离子束斜入射时可以得到不同结构的膜。结果和实验观察相一致。


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