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.     

非均匀基底上三维薄膜生长的模拟研究

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. 关键词： 薄膜生长 非均匀基底 动力学蒙特卡罗模拟     

超薄膜外延生长的计算机模拟

对超薄膜的生长过程进行了计算机模拟，得到与实验结果一致的团簇生长形貌及“台阶流动”结果，分析了邻晶面偏离角对成核密度等的影响，并计算了台阶流动的阈值及团簇的分形维数. 关键词：     

超薄膜多中心生长过程的计算机模拟

利用计算机模拟了不同的允许扩散步数下超薄膜的多中心分形生长和团状生长现象,研究了成核及长大的动力学过程．分形生长时分形维数随团簇大小的增大而增加．分形生长和团状生长时成核率随扩散步数的增大而减小,随时间的增大而急速下降．团簇长大过程可用团簇大小S和生长时间t-t₀的幂函数(t-t₀)^κ描述．由于团簇间的分流作用,生长指数κ比经典理论值1略小,并且存在着非线性现象,即长得较大的团簇的生长指数Κ也较大. 关键词：     

晶格失配对异质外延超薄膜生长中成核特性的影响

利用动力学蒙特卡罗方法模拟了异质外延超薄膜生长中的成核过程.研究了薄膜与衬底的晶格失配对超薄膜生长中成核密度、平均核尺寸、标度关系及生长模式的影响.结果发现产生压（张）应变的晶格负（正）失配使生长过程更早（迟）从成核区进入过渡区，失配越大，这一效应越明显.在相同的沉积条件下，负失配导致超薄膜形成较低的成核密度与较大的平均核尺寸，而正失配则相反.成核密度满足标度关系Ns≈(F/D)χ，随着失配度从-0.04增加到0.02，标度系数χ从0.37逐渐减小到0.33，对应超薄膜生长过程从包含二聚体扩散模式转变到无 关键词： 薄膜生长 成核 晶格失配 蒙特卡罗模拟     

超薄膜外延生长的Monte Carlo模拟

用MonteCarlo(MC)方法对超薄膜外延生长过程进行了计算机模拟.模型中引入Morse势描述粒子间的相互作用,考虑粒子的沉积、吸附粒子的扩散和蒸发三个过程.研究了粒子间相互作用范围α和允许粒子行走的最大步数对薄膜生长形貌的影响.结果表明:在不同的α值下,随粒子行走步数的增加,薄膜的生长经历了从分散、分形、混合到团聚的过程;其中α=6时,基本观察不到粒子的分散生长过程;α值越小且粒子行走步数越小的情况下,薄膜越易趋向于分散生长 关键词： 超薄膜 MonteCarlo方法 外延生长 Morse势 分形     

对硅片上自组装生长的Pentacene薄膜生长机制及其结晶相态的研究

采用热蒸发的方法在硅片衬底上自组装生长的Pentacene薄膜,薄膜在80℃温度下经2 h恒温真空热处理,通过原子力显微镜(AFM)对Pentacene薄膜表面形貌及其生长机制进行研究.结果得到,在硅片上生长的Pentacene薄膜足以台阶岛状结构生长,其岛状直径约为100 nm.且Pentacene分子以垂直于衬底的方向生长,台阶岛状结构中每个台阶的平均高度约为1.54 nnl·s-1,与Pentacene分子的沿长轴方向的长度相近.从Pentacene薄膜的XRD图谱中可以看出,薄膜在形成的过程中会因条件的不同而形成不同的结晶相,分别为薄膜相和三斜体相,且薄膜的结晶相将随着薄膜厚度的增加向三斜体相转变,其临界厚度为80和150 nm,当薄膜大于150 nm时,薄膜的三斜体相占主导地位,而当Pentacene薄膜的厚度小于80 nm时,Pentacene薄膜呈薄膜相存在.     

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.     

不稳定液体基底上溅射金属Ag薄膜的非平衡生长

本文研究了不稳定液体基底上溅射金属薄膜的非平衡生长现象。实验发现：此类薄膜的生长速率不再是常数,与基底温度、表面覆盖率密切相关;薄膜的表面形貌受到了基底温度、溅射功率、固体-液体界面性质等因素的复杂影响。分析表明：生长界面的表面张力及其各向异性对薄膜生长过程起着重要的作用。     

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。     

BaTiO_3晶体薄膜PLD法生长工艺参量研究

采用脉冲激光沉积方法在单晶MgO基片上外延生长了BaTiO3晶体薄膜.为改善薄膜的结晶质量和表面粗糙度,研究并优化了生长工艺中生长温度和激光能量两个参量,并对薄膜样片实行原位退火.找到了BaTiO3薄膜在优先方向上的结晶效果,分析了结晶质量对生长温度的依赖关系和不同激光能量对结晶薄膜的表面粗糙度的影响.利用X射线衍射仪测定结晶效果与特性,原子力显微镜表征BaTiO3薄膜的结晶表面形貌与粗糙度.测试结果表明,在c轴取向生长BaTiO3薄膜,在(001)和(002)方向上都出现强度很高的尖锐衍射峰,具有较好的结晶质量和较小的表面粗糙度,原子力显微镜测定出薄膜的表面粗糙度为0.563nm.     

Numerical Simulation of Vapor Bubble Growth and Heat Transfer in a Thin Liquid Film

A mathematical model is developed to investigate the dynamics of vapor bubble growth in a thin fiquid film, movement of the interface between two fluids and the surface heat transfer characteristics. The model takes into account the effects of phase change between the vapor and liquid, gravity, surface tension and viscosity. The details of the multiphase flow and heat transfer are discussed for two cases： （1） when a water micro-droplet impacts a thin liquid film with a vapor bubble growing and （2） when the vapor bubble grows and merges with the vapor layer above the liquid film without the droplet impacting. The development trend of the interface between the vapor and liquid is coincident qualitatively with the available literature, mostly at the first stage. We also provide an important method to better understand the mechanism of nucleate spray cooling.     

HfO2薄膜生长应力演化研究

薄膜应力的存在是薄膜材料的本征特性,对过程中薄膜应力的测量与精确控制具有重要意义.搭建了基于双光束偏转基底曲率测量装置,再结合薄膜厚度的实时监控,实现了对薄膜应力演化过程的观测.对HfO2薄膜的生长过程做了实时研究.结果显示,在所研究条件下,HfO2薄膜的生长应力随厚度的增加,在360～660 MPa范围内变化;沉积温度越高,沉积真空度越高,张应力越大;在真空度较高的沉积条件下,薄膜应力强烈地受到基底表面的影响,随着薄膜厚度的增加,应力也趋于稳定.     

弹性基底表面薄膜起皱的计算机模拟

本文设计了一种起皱模型用以研究起皱现象的动态过程.模拟表明整个起皱过程包括三个阶段.在孵化和起皱阶段,水平方向上软基底的应力在回缩过程中传递给硬膜.而在构象松弛平衡阶段,硬膜上的应力又缓慢地传回给软基底,整个起皱过程体系的总能量持续下降.研究发现起皱后软基底上的应力集中在上表层,尤其是在波谷处.而硬膜上的应力分布则取决于方向,在垂直方向,平衡位置的应力要大于波峰和波谷处,与此相反,在水平方向应力则更集中于波峰和波谷.我们的模型既能重现起皱现象,又能重现起皮现象,为材料应力释放导致的结构失稳机理研究提供了一个非常有利的工具.     

基于SSCVD方法的a-b轴取向ZnO薄膜制备

以Zn₄(OH)₂(O₂CCH₃)₆·2H₂O为单一固相有机源,采用单源化学气相沉积法(Single sour cechem icalvapor deposition,SSCVD)在Si(100)衬底上制备ZnO薄膜,用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)分析ZnO薄膜样品的晶体结构和微观形貌,并用X射线光电子能谱(XPS)对薄膜的锌氧化学计量比进行了分析。研究结果表明:在非平衡条件下所得到的ZnO薄膜沿a-b轴取向生长,基片温度对ZnO薄膜生长过程影响较大,随着基片温度的升高,薄膜呈现c轴生长趋势;晶粒成柱状、尺寸均匀、膜层结构致密;薄膜样品中n_Zn:n_O=0.985。     

Application of Supersonic Molecular Jets in Semiconductor Thin Film Growth

The flux and the incident kinetic energy are the most important deposition variables in thin film growth processes. By changing these variables, one can, in principle, alter the reaction pathways and the rate at which they occur and produce a different material than under thermody-namic equilibrium conditions. The significance of supersonic molecular jets stems from the fact that both, the flux and the incident kinetic energy of neutral growth species, can be varied independently. The number of studies that are exploring these advantages in a wide range of materials systems is growing rapidly. In this article the application of supersonic molecular jets in semiconductor thin film growth is reviewed. The effects of both the superthermal incident kinetic energy and the flux on the growth and properties of elemental and compound semiconductors are examined.     

在c-面蓝宝石上控制生长高质量的ZnO单晶薄膜

利用Mg O和低温Zn O的缓冲层技术,在c面蓝宝石衬底上用等离子体辅助分子束外延(P-MBE)的方法生长了高质量的Zn O单晶薄膜。通过XRD测试,Zn O薄膜样品具有c轴方向的择优取向,其(002)方向摇摆曲线的半高宽(FWHM)仅为68.4 arcsec,(102)方向摇摆曲线的半高宽(FWHM)为1 150 arcsec,显示了外延薄膜极高的晶体质量。另外从扫描电子显微测试结果和原子力显微测试结果来看,Zn O薄膜具有极为平整的表面,3μm×3μm面积内的均方根粗糙度仅为0.842 nm,接近原子级的平整。拉曼光谱(Raman)和荧光光谱(PL)测试结果显示,Zn O薄膜样品内部的应力基本释放,而且具有极低的点缺陷密度。高质量Zn O单晶薄膜的实现为Zn O基的光电器件的制备提供了坚实的基础。     

含表面活性剂液膜去湿过程的数值模拟

对存在壁面滑移的含非溶性表面活性剂薄液膜在固体表面的去湿过程,采用PDECOL程序对描述其演化过程的液膜厚度和表面活性剂浓度方程组进行数值求解.基于液膜表面扰动波形的变化,分析各参数对去湿特性及液膜稳定性的影响规律.研究指出:Marangoni数M较小时其效应使液膜失稳区缩短,而M较大时液膜失稳区间无限延伸,稳定性降低;毛细力数减小使液膜失稳区间缩短,减至一定程度后可有效抑制去湿现象的发生;滑移效应对演化过程的影响与M有关,M较小时滑移使液膜失稳区间缩减,使扰动增长率增大,M较大时这一影响并不显著;随平衡液膜厚度增大,液膜表面的扰动程度减小,但扰动区间显著增大.相对于外源性表面活性剂而言,内源性情形的失稳区间更小,液膜稳定性更强.     

磁性薄膜自旋重取向行为的Monte Carlo模拟

利用Monte Carlo方法模拟了二维简单立方结构磁性薄膜的自旋重取向行为,重点研究了各向异性和偶极相互作用对系统自旋取向的影响．通过计算,获得了系统的相图以及系统组态、磁分量、比热等随偶极相互作用和温度的变化规律．模拟结果表明,在一定的参数范围内,随着温度的升高,系统的自旋取向将由垂直向平行方向转变。