低能碳分子與硅表面相互作用的模擬研究.pdf

1、該文改進了分子動力學模擬軟件,用以模擬荷能碳團簇在硅表面和金剛石表面的化學吸附以及DLC薄膜的合成過程.主要目的是研究沉積團簇的初始能量對DLC薄膜性質(zhì)的影響.另外,我們還用蒙特卡羅方法模擬了小碳分子在硅表面擴散的過程.這是接觸外延生長的關(guān)鍵.計算中采用了多體Brenner勢和Tersoff勢分別描述C-C,Si-Si和C-Si原子間相互作用.我們的主要工作和結(jié)論如下:(1)以飛秒激光脈沖沉積為實驗根據(jù)研究了碳團簇的注入能量對沉積的DL

2、C薄膜性質(zhì)的影響.選擇C<,2>作為沉積源,晶體硅作為襯底,入射能量Ein從0.1到60 eV.先用分子動力學方法對PLD生長DLC薄膜的實驗過程進行了模擬,分析了不同入射能量下生長的DLC薄膜的結(jié)構(gòu)特征.結(jié)果與實驗符合較好,即較高的注入能量有利于生長致密的DLC薄膜.發(fā)現(xiàn)了在較低的入射能量生長薄膜的過程中空位的形成以及相應(yīng)的表面勢壘影響高質(zhì)量薄膜的合成.為此設(shè)計了新的計算模型:選取了帶有人為缺陷的金剛石(001)-(2×1)表面作為襯

3、底,先計算它的表面勢場,然后以不同的入射能量沉積C<,2>.我們觀察到隨著E<,in>的增加,表面原子反沖動能和遷移幾率大大增加.當E<,in>為60 eV時,表面C原子最大反沖動能可達到8-12 eV,遠大于缺陷附近的表面勢壘.這表明隨著E<,in>的增加,由碰撞引起的表面原子的活性對提高DLC薄膜的密度,增加SP<'3>含量起著重要作用.(2)用運動學蒙特卡羅方法對C原子,C<,2>分子在硅襯底上的表面擴散進行了模擬,得出了它們在一