ABO-,3-型薄膜生長特性的計算機模擬與實驗驗證.pdf

1、本論文通過理論推導和計算機模擬，對ABO〈，3〉型氧化物薄膜的生長機制進行了較為深入的研究，并利用所得的規(guī)律指導實驗。論文研究工作主要從以下幾個方面進行：①針對物質源為分子源的情況，模擬了SrTiO3薄膜的初期生長過程，由于計算能力的限制，物質源簡化為SrTi03、SrO、Ti02三種分子，分別模擬了不同沉積速率，不同基底溫度下薄膜初期生長情況；②以ABO3型多元氧化物薄膜的生長是通過晶胞的擴散來實現(xiàn)為理論基礎進行模擬，考慮了晶胞初始動

2、能的影響，采用動力學蒙特卡羅方法發(fā)展了模擬SrTi03薄膜外延生長的三維模型及模擬算法。使用此模型，對不同沉積速率，不同沉積溫度，以及不同沉積晶胞初始動能時，ABOm〈，3〉型多元氧化物(以SrTiO〈，3〉為例)薄膜形貌的詳細演化過程、生長模式、表面粗糙度、初期島等進行了詳細的研究，討論了初期島．生長模式．表面粗糙度的關系；③理論推導了成膜粒子動能對薄膜晶化溫度的影響，利用磁控濺射裝置在Si(001)基底制備BaTiO〈，3〉薄膜加以

3、驗證，并將工藝推廣到了Pt／Ti／SiO〈，2〉／Si基底，還對近室溫制備工藝下得到的BaTiO〈，3〉薄膜的物象結構、元素組成和表面粗糙度及其電學性能進行了分析和表征。通過上述工作，本論文得出如下具有創(chuàng)新意義的研究成果： 1．在對SrTiO〈，3〉薄膜成膜初期的模擬中，考慮物質源僅局限于SrTiO〈，3〉SrO、TiO〈，2〉三種分子；計算程序是基于課題組已有程序并進行必要的修改；模擬結果表明，隨著基底溫度的升高，SrTi03

4、薄膜中SrO和HiO<，2>分子碰撞結合的概率增大，導致了SrO和TiO<，2>分子數(shù)目的不斷減少，直到為0，此時薄膜完全由SrTiO<,3>分子組成。模擬和實驗結果比較接近。2．基于ABO<,3>型多元氧化物薄膜生長是基于晶胞的形成與擴散這一現(xiàn)象，在課題組已有的模擬ABO<,3>型薄膜外延生長的三維模型及模擬算法的基礎上，加入了沉積晶胞初始動能的因素，進一步豐富和發(fā)展了已有的模型。包括：模擬了不同基底溫度、不同沉積速率、不同晶胞初始動

5、能時外延ABO<,3>型薄膜(以SrTiO<,3>為例)生長的詳細的三維形貌演化過程，討論了生長條件與生長模式的關系；研究了不同工藝條件對表面粗糙度和初期島的影響，研究了初期島-生長模式-表面粗糙度的關系。在低的沉積速率下，設定適當?shù)募せ钅?，該模型可以用來輔助設計外延生長的實驗參數(shù)。 3．結合在Si基底上直接制備高度(001)/(100)取向的BaTiO<,3>膜的難題，從理論上進行了分析；在肯定Si(001)基底模板效應的基礎