外延薄膜晶體失配位錯(cuò)形成的動(dòng)力學(xué)條件.pdf

1、薄膜晶體缺陷主要形成于原子沉積生長(zhǎng)過(guò)程中，已有實(shí)驗(yàn)分析手段的空間和時(shí)間分辨能力都無(wú)法達(dá)到對(duì)原子尺度微觀過(guò)程的研究，而基于分子動(dòng)力學(xué)的計(jì)算機(jī)模擬為薄膜生長(zhǎng)與缺陷形成研究提供了一個(gè)十分有效的手段。本文以外延生長(zhǎng)面心立方金屬鋁為對(duì)象，采用三維分子動(dòng)力學(xué)方法對(duì)薄膜中失配位錯(cuò)形成的原子機(jī)理與控制方法進(jìn)行了原子模擬研究，原子間相互作用力采用EAM多體勢(shì)函數(shù)來(lái)計(jì)算。本文主要內(nèi)容有：外延生長(zhǎng)薄膜的分子動(dòng)力學(xué)模型、模擬方法及其原子弛豫過(guò)程和應(yīng)用；溫度對(duì)外

2、延生長(zhǎng)薄膜中失配位錯(cuò)形成的影響；表面增原子對(duì)外延薄膜失配位錯(cuò)形成的誘發(fā)作用；以及外延薄膜晶體中失配位錯(cuò)與失配性質(zhì)的關(guān)系。研究認(rèn)為： (1) 失配位錯(cuò)的形成在同一失配度大小和相同的溫度時(shí)，正失配下的薄膜比負(fù)失配下的更難以形成失配位錯(cuò)； (2) 在同一失配度下，失配位錯(cuò)形成所需時(shí)間與生長(zhǎng)的溫度有關(guān)，溫度越高，位錯(cuò)的形成越容易； (3) 當(dāng)生長(zhǎng)溫度接近或高于鋁的熔點(diǎn)時(shí)，負(fù)失配下的薄膜比正失配下的更難熔化。 (4

3、) 較高的溫度會(huì)促進(jìn)失配位錯(cuò)的形成；對(duì)表面原子級(jí)光滑的外延薄膜而言，同樣條件下的薄膜中難以形成失配位錯(cuò)；而同樣條件下有增原子的表面卻可以形成失配位錯(cuò)； (5) 表面增原子會(huì)誘發(fā)外延膜失配位錯(cuò)形成，較大的原子團(tuán)其驅(qū)動(dòng)作用也較大。模擬中發(fā)現(xiàn)了兩種失配位錯(cuò)形成機(jī)制：一種是經(jīng)歷多余半原子面擠出過(guò)程而直接得到一個(gè)全位錯(cuò)，另一種是先形成由兩個(gè)部分位錯(cuò)夾著一片層錯(cuò)的擴(kuò)展位錯(cuò)，之后才得到全位錯(cuò)；但它們的伯格斯矢量都是與失配應(yīng)變方向1/2[110