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《大连理工大学》 2011年
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薄膜外延生长的动力学Monte Carlo模拟

杨晓萍  
【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。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O484.1

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【引证文献】
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1 申卫华;动力学蒙特卡罗方法模拟薄膜外延生长[D];大连理工大学;2013年
【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级参考文献】
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9 许锐;磷酸铝分子筛膜的制备和性质[D];吉林大学;2007年
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4 龚亮;外延薄膜生长过程的微观相场研究[D];天津大学;2008年
5 郭鑫;SiC外延生长加热系统热场分析[D];西安电子科技大学;2011年
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8 孙伟峰;UHV/CVD外延生长硅及锗硅单晶薄膜[D];浙江大学;2005年
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