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1.
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入射能量对Au/Au(111)薄膜生长影响的分子动力学模拟
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颜超 黄莉莉 何兴道《物理学报》,2014年第12期
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利用分子动力学模拟了Au原子在Au(111)表面低能沉积的动力学过程.采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,通过对沉积层原子结构的分析和薄膜表面粗糙度、层覆盖率的计算,研究了沉积粒子能量对薄膜质量的影响及其机制.结果表明:当入射能量Ein25 eV时,沉积层和基体表层均呈现规则的单晶面心立方(111)表面的排列,沉积原子仅注入到基体最表面两层,随着入射能量的增加,薄膜表面粗糙度降低,薄膜越趋于层状生长,入射能量的增加有利于薄膜的成核和致密化;当Ein 25 eV时,沉积层表面原子结构出现了较为明显的晶界,沉积原子注入到基体表面第三层及以下,随着入射能量的增加,薄膜表面粗糙度增加,沉积层和基体表层原子排列越不规则,载能沉积会降低基体内部的稳定性,导致基体和薄膜内部缺陷的产生,降低薄膜质量.此外,当基体内部某层沉积原子数约等于该层总原子数的一半时,沉积原子将能穿过该层进入到基体内部更深层.
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2.
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非均匀基底上三维薄膜生长的模拟研究 被引次数：2
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陆杭军 吴锋民《物理学报》,2006年第55卷第1期
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考虑原子在基底表面的扩散、沿岛周界的扩散和不同层间的扩散以及非均匀基底上表面吸附能分布的各向异性，建立起非均匀基底表面上原子扩散和三维薄膜生长的动力学蒙特卡罗模型.模拟得到在不同生长条件下出现的层状生长、岛状生长和混合生长三种生长模式和相应的多层薄膜生长形貌图.通过统计三维薄膜中原子在各层的分布，计算薄膜的表面粗糙度，得到薄膜生长模式与生长条件之间的关系.
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3.
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扫描隧道显微镜针尖调制的薄膜表面的原子扩散
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黄仁忠 刘柳 杨文静《物理学报》,2011年第60卷第11期
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采用原子尺度的模拟方法,探讨了在零偏压下扫描隧道显微镜(STM)针尖调制的金属表面岛上原子运动及岛边的层间质量输运. 研究结果显示STM的移动对岛上及岛边的原子扩散有重要的影响. 针尖与吸附原子的交互作用及岛和基体中强的形状变化影响了岛上吸附原子的跳跃扩散及岛边的跳下扩散和交换扩散过程. 研究发现,通过调节针尖与基体的垂直距离及针尖与吸附原子的水平距离,可以降低岛上吸附原子的跳跃扩散能垒及岛边的跳下扩散和交换扩散能垒,从而实现薄膜由三维生长模式向二维生长模式的转变. 关键词： 扫描隧道显微镜 原子运动 质量输运
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4.
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动力学晶格蒙特卡洛方法模拟Cu薄膜生长 被引次数：3
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吴子若 程鑫彬 王占山《光子学报》,2010年第39卷第1期
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本文利用动力学晶格蒙特卡洛方法模拟了Cu薄膜在Cu(100)面上的三维生长过程。模型中考虑了四个动力学过程：原子沉积、增原子迁移、双原子迁移和台阶边缘原子迁移，各动力学过程发生的概率由多体势函数确定。主要讨论了基底温度、沉积速率及原子覆盖率对Cu原子迁移、成核和表面岛生长等微观生长机制的影响；获得了Cu薄膜的表面形貌图并计算了表面粗糙度。模拟结果表明，随基底温度升高或沉积速率下降，岛的平均尺寸增大，数目减少，形状更加规则。低温时，Cu薄膜表现为分形的离散生长，高温时，Cu原子迁移能力增强形成密集的岛。Cu薄膜表面粗糙度随着基底温度的升高而迅速减小；当基底温度低于某一临界温度时，表面粗糙度随原子覆盖率或沉积速率的增大而增大；当基底温度超过临界温度时，表面粗糙度随原子覆盖率或沉积速率的变化很小，基本趋于稳定。
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5.
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高温下金属薄膜生长初期的模拟研究 被引次数：5
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吴锋民 施建青 吴自勤《物理学报》,2001年第50卷第8期
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采用实际的生长模型和物理参量,用Monte Carlo方法对高温下金属薄膜的生长过程进行了模拟研究.综合考虑了原子沉积、扩散、成核、生长和扩散原子的再蒸发、原子沿岛周界扩散和岛的合并等众多过程后,模拟得到与实验结果相当一致的薄膜生长形貌及其相应的定量结果.通过动态统计薄膜生长过程中的岛数目及薄膜生长率,得到实验中不易直接获得的高温下薄膜生长的许多细节,如岛数目和薄膜生长率随表面温度、覆盖度变化的详细情况等
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6.
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载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟
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颜超《计算物理》,2011年第28卷第5期
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采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20°<θ<60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生一定的影响;在20°<θ<60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.
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7.
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力和扩散机理下外延形貌的演化分析
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陈振飞 冯露 赵洋 齐红蕊《物理学报》,2015年第64卷第13期
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本文提出了一个新的基于扩散界面的相场模型来描述外延生长中岛的形核、生长及熟化过程. 该模型同时考虑了弹性场、表面能、沉积、扩散、解吸和能量势垒等热力学及动力学过程对表面纳米形貌的影响. 采用经典的BCF模型来描述生长中的扩散形核过程, 而采用一个新的包含弹性应变能的自由能函数, 通过变分得到一个描述多层岛生长的相场方程, 该方法可以有效地描述外延生长中复杂的外延形貌. 采用有限差分格式对非线性耦合方程组进行求解. 数值结果显示, 该模型可以真实地再现外延生长中多层岛结构(即山丘状形貌)的演化过程, 模拟结果与已有实验结果一致. 同时模拟了生长过程中随外延形貌演化而形成的复杂生长应力, 研究表明, 在生长过程中, 岛中存在着复杂的应力分布, 且在岛边界处应力达到局部最大, 这与实验结果定性一致. 此外, 本文的重要发现是, 外延生长中的应力演化明显地影响原子的扩散过程, 当应力存在时, 外延结构变化较无弹性场时变快. 该项研究对理解外延生长中各物理机理的协同作用有重要的指导意义.
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8.
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Cu(111)三维表面岛对表面原子扩散影响的分子动力学研究
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唐鑫 张超 张庆瑜《物理学报》,2005年第54卷第12期
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采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，利用分子动力学方法计算了同质外延生长中不同层数的三维Cu(111)表面岛上表面原子扩散激活能，分析了三维表面岛的层数对表面原子交换扩散和跳跃扩散势垒的影响. 研究结果表明，二维Enrilich-Schwoebel(ES)势垒小于三维ES势垒，且三维ES势垒不随表面岛层数的增加而显著变化. 对于侧向表面为(100)的表面岛，表面原子沿〈011〉方向上的扩散行为，随表面岛层数增加而逐渐变化；在表面岛层数达到3层时，扩散路径上的势垒变化趋于稳定，表面原子扩散以下坡扩散为主. 对于侧面取向为(111)的表面岛，当表面岛层数大于3层后，开始呈现上坡扩散的可能.
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9.
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温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响 被引次数：1
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杨春 余毅 李言荣 刘永华《物理学报》,2005年第54卷第12期
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构建了一个ZnO沉积在α-Al2O3(0001)表面生长初期的模型,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400,600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力,因此温度对ZnO/α-Al2O3(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中,O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数,O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在,400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长,具有Zn六角平面对称特征,且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长,且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al2O3基片表面处,Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷.
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10.
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半导体量子点形成临界尺寸的定量预测
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吕广宏 刘锋《物理》,2006年第35卷第6期
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半导体量子点是一类具有显著量子效应的零维量子结构,自组的模型系统,表现为Stranski-Krastanov型生长.其特征为,当超过3-4个Ge单原子层（浸润层）时,则由二维层状生长转变为三维岛状生长.Ge/Si量子点是初期形成的与衬底共格无位错的三维岛,岛表面由{105}晶面组成.文章作者利用第一性原理计算和介观理论模拟相结合的连续式多尺度（sequential multi-scale）方法,第一次对纯Ge和GeSi合金量子点在Si（001）表面的成核临界尺寸进行了定量的理论预测,同时研究了岛边缘的应力不连续对量子点稳定性的影响,实现了对Ge/Si量子点的形成和稳定性定量的理论研究。
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11.
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温度对ZnO/Al2O3(0001)界面的吸附、扩散及生长初期模式的影响
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杨 春 余 毅 李言荣 刘永华《物理学报》,2005年第54卷第12期
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构建了一个ZnO沉积在α-Al2O3(0001)表面生长初期的模型，采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势法进行了动力学模拟.发现在400，600和800℃的条件下界面原子有不同的扩散能力，因此温度对ZnO/α-Al2O3(0001)表面界面结构以及ZnO薄膜生长初期模式有决定性的影响.在整个ZnO吸附生长过程中，O原子的扩散系数大于Zn原子的扩散系数，O原子的层间扩散对薄膜的均匀生长起着重要作用.进一步从理论计算上证实了ZnO在蓝宝石(0001)上两种生长模式的存在，400℃左右生长模式主要是Zn螺旋扭曲生长，具有Zn六角平面对称特征，且有利于Zn原子位于最外表面.600℃左右呈现为比较规则的层状生长，且有利于O原子位于最外表面.模拟观察到在ZnO薄膜临近Al2O3基片表面处，Zn的空位缺陷明显多于O的空位缺陷.
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12.
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超薄类金刚石膜生长和结构特性的分子动力学模拟 被引次数：1
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马天宝 胡元中 王慧《物理学报》,2006年第55卷第6期
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利用分子动力学模拟方法研究了2—3nm厚的类金刚石(DLC)薄膜在金刚石基体(100)表面上的生长过程. 分析了用来表征沉积后无定型碳膜质量的重要结构特性，如sp3杂化比例、薄膜密度、径向分布函数等，计算结果和现有的实验结果基本一致. 不同入射原子能量对结构特性进而对薄膜性能有重要影响，入射原子能量在20—60eV时，薄膜可以获得最优性能. 载能原子入射是生长均匀、连续、致密固体薄膜的前提，稳定的中间区域对于保证薄膜优良的力学性质是必需的.
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13.
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脉冲重复频率对脉冲激光沉积薄膜的生长过程的影响
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关丽 李旭 张端明 张玮《人工晶体学报》,2007年第36卷第5期
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脉冲重复频率在脉冲激光沉积技术中起重要的作用,影响最终的薄膜材料的性能。利用动力学蒙特卡罗方法,我们研究了脉冲激光沉积技术中,在不同脉冲重复频率条件下的薄膜生长的初期阶段。模拟结果显示,在低脉冲频率时,前后脉冲之间的间隔时间较长,生长岛有足够的时间熟化。因此,生长岛的密度会比较小且岛的形貌比较规则。而当脉冲重复频率增大时,岛的密度则随之增加,岛呈现出松散的或者枝杈状的形貌。另外,脉冲占空比也就是沉积时间在一定程度上也会对岛的凝聚过程有影响。最后我们将模拟结果与实验结果进行了对比和讨论。
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14.
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反应限制聚集模型的动力学行为的研究
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唐军 杨先清 仇康《物理学报》,2005年第54卷第7期
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根据反应限制聚集（reaction limited aggregation， RLA）模型，研究表面活性剂存在时 的薄膜外延生长动力学过程. 研究结果表明，在二维岛的生长初期，分形岛与紧致岛具有不 同的岛密度和“死”原子密度（岛的相对总面积）增长方式：分形岛密度随覆盖率生长指数 小于1，紧致岛密度的生长指数大于1；分形岛相对总面积随覆盖率线性增长，紧致岛相对总 面积随覆盖率非线性增长.
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15.
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薄膜外延生长的计算机模拟 被引次数：8
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郑小平 张佩峰 刘军 贺德衍 马健泰《物理学报》,2004年第53卷第8期
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以Cu膜为例，用Monte-Carlo算法模拟了薄膜生长的随机过程，并提出了更加完善的模型.在合理选择原子间相互作用计算方法的基础上，考虑了原子的吸附、在生长表面的迁移及迁移所引起的近邻原子连带效应、从生长表面的脱附等过程.模拟计算了薄膜的早期成核情况以及表面粗糙度和相对密度.结果表明，随着衬底温度的升高或入射率的降低，沉积在衬底上的原子逐步由离散型分布向聚集状态过渡形成一些岛核，并且逐步由二维岛核向三维岛核过渡.在一定的原子入射率下，存在三个优化温度，成核率最高时的最大成核温度Tn、薄膜的表面粗糙度最低
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16.
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纳米晶粒生长的动力学蒙特卡罗模型 被引次数：2
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刘绍军 段素青 张丽萍 唐刚《计算物理》,2006年第23卷第3期
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给出应用于纳米晶粒生长的动力学蒙特卡罗模型,并对模拟方法做了细致的讨论.作为一个应用实例,对薄膜生长做了分类模拟研究.结果显示,改变三维Ehrlich-Schwoebel势垒将导致薄膜生长过程中多层原子岛的结构相变.
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17.
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异质外延生长中应变对圆形岛形貌稳定性的影响
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王静 冯露 郝毅 赵洋 陈振飞《物理学报》,2013年第62卷第23期
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本文利用BCF模型研究了应变对圆形岛形貌稳定性的影响. 通过Gibbs-Thomson关系将应变引入该模型中，讨论了在失配应变、外场应变以及沉积流量、线张力和远场流量等因素共同作用下圆形岛的稳定性，并得到了相应的扰动增长率以及临界沉积流量. 研究结果表明：较大的失配应变和远场流量都能促进岛在生长过程中失稳，而线张力可以抑制岛的失稳. 随着岛的生长，岛的半径越大越趋于稳定，当岛生长到临界半径后，临界沉积流量随着失配应变的增大而增大. 在外场应变存在的情况下，外场负应变对岛的生长起稳定作用并使临界沉积流量减小；相反，正应变促进岛的失稳，且使临界流量增大. 这些结论对在薄膜生长过程中控制原子岛的形貌及其稳定性提供了重要的理论依据. 关键词： 形貌稳定性 失配应变 外场应变 圆形岛
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18.
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六方晶格基底上薄膜生长的Monte Carlo模拟研究
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谭天亚 陈俊杰 江雪 李春梅 苏宇 吴炜《原子与分子物理学报》,2009年第26卷第1期
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利用Monte Carlo（MC）方法，模拟研究了六方晶格基底上薄膜生长的初始阶段岛的形貌和岛的尺寸与薄膜覆盖度以及入射粒子沉积速率之间的关系. 结果表明在基底温度为300K时，岛的形貌主要表现为分形生长，随着薄膜覆盖度的增加，岛的分形枝簇变大，岛的数目不断减少. 在同样的温度下，随着入射粒子沉积速率的增大，薄膜表面的形貌逐步由少数聚集型岛核分布状态向众多各自独立的离散型岛核分布状态过渡. 进一步研究得出，薄膜覆盖度和入射粒子沉积速率对粒子扩散能力的影响最终导致岛的形貌发生了改变.
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19.
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Au/Cu(001)异质外延岛演化的分子动力学研究
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孟旸 张庆瑜《物理学报》,2005年第54卷第12期
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利用分子动力学弛豫方法模拟了Au/Cu(001)异质外延生长初期Au异质外延岛的形貌演化，分析了Au外延岛演化过程中的局域应力及与基体结合能随表面岛尺寸的变化. 研究结果表明：当异质外延岛小于7×7时，外延岛原子分布呈现赝Cu点阵形貌；当外延岛达到8×8后，外延岛内开始出现失配位错，失配位错数量随外延岛尺寸的增加而增加. 局域压力分析指出，外延岛上原子之间的近邻环境不同导致了所受应力的差异，而外延岛的形变则是由外延岛原子的应力分布所决定. 研究还发现，失配位错的产生导致错位原子与基体原子之间的结合强度减弱，但相对增加了非错位原子与基体原子之间的结合强度.
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20.
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沉积粒子能量对薄膜早期生长过程的影响 被引次数：5
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陈敏 魏合林 刘祖黎 姚凯伦《物理学报》,2001年第50卷第12期
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利用Monte Carlo(MC)模型研究了能量粒子对薄膜生长的初始阶段岛膜的形貌和岛的尺寸的影响,沉积粒子的能量范围为:0—0.7eV.在模型中考虑了原子沉积、吸附原子扩散和蒸发等过程,并详细考虑了临近和次临近原子的影响.结果表明,在所采用的参量范围内不同的基底温度情况下,能量粒子的影响有很大的区别.低基底温度情况下,沉积粒子强烈地影响着薄膜的生长过程中,岛膜的形貌、数量和尺寸随能量粒子的能量增加而有很大的变化.分析表明,这些变化都是由于能量粒子的介入使得表面吸附粒子的扩散能力增强所致
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