基底显微结构对薄膜生长影响的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo方法研究了基底显微结构对薄膜生长的影响. 对不同显微结构基底上薄膜生长的初始阶段岛的形貌和尺寸与薄膜覆盖度和入射粒子沉积速率之间的关系进行了模拟和分析. 模型中考虑了粒子沉积、吸附粒子扩散和蒸发等过程. 结果表明,基底显微结构对薄膜生长具有明显影响. 当沉积温度为300K、沉积速率为0.005ML/s（Monolayer/second,简称ML/s）、覆盖度为0.05ML时,四方基底上薄膜生长呈现凝聚生长. 随着覆盖度增加,岛的尺寸变大,岛的数目减少. 而对于六方基底,当覆盖度从0.05ML变化到0.25ML时,薄膜生长经历了一个从分散生长过渡到分形生长的过程. 无论是四方还是六方基底,随着沉积速率的增加,岛的形貌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.     

不同晶格基底上薄膜生长的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo(MC)方法模拟研究了四方和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基底温度和入射粒子剩余能量之间的关系.模型中考虑了粒子的沉积、吸附粒子的扩散和蒸发等过程.结果表明,基底晶格结构对薄膜生长具有明显影响.当基底温度为300K、入射粒子剩余能量为0时,四方晶格基底上薄膜的生长已经呈现明显的凝聚生长,随着基底温度或入射粒子剩余能量的增加,岛的数目变少、岛的平均尺寸变大.对于六方晶格基底,当入射粒子剩余能量为0、温度从300 K升高到350 K时,岛的形貌从分散生长向分形生长转变;当基底温度为300 K、入射粒子剩余射能量从0上升到0.05 eV时,岛由分散生长向分形生长转变.     

不同晶格基底上薄膜生长的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo（MC）方法模拟研究了四方和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基底温度和入射粒子剩余能量之间的关系. 模型中考虑了粒子的沉积、吸附粒子的扩散和蒸发等过程. 结果表明,基底晶格结构对薄膜生长具有明显影响. 当基底温度为300K、入射粒子剩余能量为0时,四方晶格基底上薄膜的生长已经呈现明显的凝聚生长,随着基底温度或入射粒子剩余能量的增加,岛的数目变少、岛的平均尺寸变大. 对于六方晶格基底,当入射粒子剩余能量为0、温度从300K升高到350K时,岛的形貌从分散生长向分形生长转变;当基底温度为300K、入射粒子剩余射能量从0上升到0.05eV时,岛由分散生长向分形生长转变.     

钙原子4p_(1/2,3/2)ng(J=3)自电离Rydberg光谱的研究

利用Monte Carlo(MC)方法模拟研究了薄膜生长的初始阶段岛的形貌和岛的尺寸与基底温度和入射粒子剩余能量之间的关系.模型中考虑了粒子的沉积、吸附粒子的扩散和蒸发等过程.结果表明当基底温度从200K变化到260K时,岛的形貌经历了一个从分散生长逐渐过渡到分形生长的过程,并且在较低温度(200K)下,随入射粒子剩余能量的增加,岛的形貌也经历了同样的变化过程.进一步研究证明,随着基底温度的升高或入射粒子剩余能量的增加,沉积粒子的扩散能力显著增强,从而使岛的形貌发生了改变.     

超薄膜生长的Monte Carlo模拟研究

利用Monte Carlo(MC)方法模拟研究了薄膜生长的初始阶段岛的形貌和岛的尺寸与基底温度和入射粒子剩余能量之间的关系.模型中考虑了粒子的沉积、吸附粒子的扩散和蒸发等过程.结果表明当基底温度从200K变化到260K时,岛的形貌经历了一个从分散生长逐渐过渡到分形生长的过程,并且在较低温度(200K)下,随入射粒子剩余能量的增加,岛的形貌也经历了同样的变化过程.进一步研究证明,随着基底温度的升高或入射粒子剩余能量的增加,沉积粒子的扩散能力显著增强,从而使岛的形貌发生了改变.     

薄膜生长的随机模型

利用Monte Carlo模型研究了薄膜生长初始阶段岛的形貌与基底温度之间的关系,同时还研究了它们与汽相粒子入射剩余能量之间的关系．模型中考虑了三种动力学过程：粒子入射、吸附粒子扩散和粒子脱附,与以前薄膜生长模型的不同之一在于把入射过程看作独立于其他过程,而扩散和脱附过程是相互关联的．结果表明随基底温度的升高,岛的形貌经历了一个从分散生长、分形生长到凝聚生长的变化过程．低温下随汽相粒子入射和剩余能量增加,岛的形貌也经历了同样的变化过程. 关键词：     

超薄膜生长的Monte-Carlo研究

利用MonteCarlo(MC)模型研究了薄膜生长的初始阶段岛的形貌和岛的尺寸与基底温度之间的关系.模型中考虑了原子沉积、吸附原子扩散和蒸发等过程,与以前模型不同的是我们用Morse势计算粒子之间的相互作用,并详细考虑了临近和次临近原子的影响.结果表明,随基底温度的升高,岛的形貌经历了一个从分形生长到凝聚生长的变化过程.进一步研究表明,岛的形貌与基底的形貌之间的关系随着基底温度的升高有很大的变化,基底温度低时,岛的形状与基底形貌无关,高温时岛具有与基底形貌相似的结构.这些结果与实验结果一致.为了进一步说明 关键词：     

沉积粒子能量对薄膜早期生长过程的影响

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 关键词： 薄膜生长 Monte Carlo方法 扩散     

薄膜外延生长的计算机模拟

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 关键词： Monte-Carlo算法 计算机模拟 薄膜生长     

改进的DLA方法模拟薄膜二维生长

对经典的DLA模型进行改进，研究了薄膜的二维生长过程.通过改变表征吸附原子在基底扩散 能力的参量D_T，D_C以及表征沉积速率的参量D_V，得到 了与实验一致的薄 膜分形生长模式和团状生长模式.分析了薄膜的形核阶段原子团的大小分布，以及不同条件 下原子团的数目和大小随覆盖度的变化. 关键词： DLA 薄膜生长 分形生长 团状生长     

动力学晶格蒙特卡洛方法模拟Cu薄膜生长

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。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。     

高温下金属薄膜生长初期的模拟研究

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 关键词： 薄膜 Monte Carlo模拟 成核 岛密度 薄膜生长率     

Molecular dynamics and experimental studies on deposition mechanisms of ion beam sputtering

Molecular dynamics (MD) simulation and experimental methods are used to study the deposition mechanism of ionic beam sputtering (IBS), including the effects of incident energy, incident angle and deposition temperature on the growth process of nickel nanofilms. According to the simulation, the results showed that increasing the temperature of substrate decreases the surface roughness, average grain size and density. Increasing the incident angle increases the surface roughness and the average grain size of thin film, while decreasing its density. In addition, increasing the incident energy decreases the surface roughness and the average grain size of thin film, while increasing its density. For the cases of simulation, with the substrate temperature of 500 K, normal incident angle and 14.6 × 10⁻¹⁷ J are appropriate, in order to obtain a smoother surface, a small grain size and a higher density of thin film. From the experimental results, the surface roughness of thin film deposited on the substrates of Si(1 0 0) and indium tin oxide (ITO) decreases with the increasing sputtering power, while the thickness of thin film shows an approximately linear increase with the increase of sputtering power.     

溅射过程中粒子能量对钛薄膜表面形貌影响

借助于原子力显微镜研究了离子束溅射沉积工艺中入射离子能量对制备的Ti薄膜表面形貌的影响。对薄膜表面高度数据进行相关运算，发现在此工艺条件下制备的薄膜具有典型的分形特征，利用分形表面高度—高度相关函数的唯象表达形式对不同能量下制备Ti薄膜表面的高度相关函数进行拟合。得到了薄膜表面的分形维数、水平相关长度、标准偏差粗糙度等参量。研究发现，入射Ar离子能量在300—700eV之间薄膜表面的粗糙度随着沉积粒子的能量增加而增大，分形维数随着入射离子能量的增加而减少。另外，在得到的分形维数基础上对不同溅射电压下Ti薄膜的生长机制进行了初步研究。     

SIMULATION OF FRACTAL GROWTH OF THIN FILMS AT LOW TEMPERATURE

Fractal growth of thin films at low temperature (50－175 K) is simulated by Monte Carlo method. It is shown that the thin film growth is quite different from the diffusion-limited aggregation (DLA) model when the coverage is larger than 0.1 ML. The average branch width of clusters increases with increasing temperature and it usually larger than the branch width (1.9 atom) in the classic DLA model. The average fractal dimension of clusters increases also with increasing coverage while the fractal dimension of DLA model remains constant. This difference comes from the weak screening effect during the late stage of thin film growth. The relationship between the saturation island number n_s and deposition interval Δt is described in a power law: n_s∝Δt^γ, where γ=-0.332 is very close to the theoretical value -1/3 of rate equations from nucleation theory.     

MgO（001）表面上沉积MgO薄膜过程的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了MgO分子连续沉积于MgO（001）表面上的薄膜生长过程,分析了衬底温度和分子入射能对MgO分子在衬底表面上的扩散能力以及对衬底表面覆盖率的影响.模拟结果表明,随着衬底温度的升高,在衬底表面上沉积的MgO分子扩散能力增强,MgO薄膜层中空位缺陷变少.低温下,分子入射能的增大有助于提高衬底表面覆盖率;高温下,表面覆盖率随入射能增大到3.0 eV时达到最大值,入射能继续增大,表面覆盖率减小. 关键词： MgO薄膜生长 分子动力学 计算机模拟 表面扩散     

Al(001)表面上沉积Ti薄膜的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了Ti原子连续沉积于Al(001)表面上的薄膜生长过程,分析了入射能量为0.1、5 eV和衬底温度为300、700 K时的界面结合及微观结构.模拟结果表明,增加入射能量和衬底温度,使Ti薄膜的表面越光滑;通过径向分布函数和键对分析技术对薄膜微观结构进行分析,发现衬底温度时薄膜微观结构影响较大,温度300 K及以下时,Ti薄膜主要是FCC结构,随着温度升高,FCC结构成分减少,无序结构成分增加,而入射能量则对薄膜微观结构没有明显影响.