表面劑誘導(dǎo)外延生長(zhǎng)的KMC模擬.pdf

1、薄膜生長(zhǎng)機(jī)制是薄膜科學(xué)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。實(shí)驗(yàn)上可以利用掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)等來觀察薄膜形成過程中表面形貌和結(jié)構(gòu)的演變。理論上，計(jì)算機(jī)模擬是研究薄膜生長(zhǎng)原子過程的重要方法。計(jì)算機(jī)模擬研究的意義在于：一方面可以研究某些實(shí)驗(yàn)中無法觀察到的原子過程的細(xì)節(jié)，另一方面，計(jì)算機(jī)模擬可以很方便地改變薄膜生長(zhǎng)過程中的各種參數(shù)，如沉積溫度、沉積速率等。計(jì)算機(jī)模擬還可以用于研究實(shí)驗(yàn)上難以實(shí)現(xiàn)的高沉積率、高沉積溫度等極端生長(zhǎng)條件下

2、薄膜的生長(zhǎng)情況。在薄膜外延生長(zhǎng)中，沉積原子的形核和生長(zhǎng)初期階段的性質(zhì)直接影響到將要形成的整體薄膜的質(zhì)量。本文運(yùn)用動(dòng)力學(xué)蒙特卡羅方法模擬研究薄膜外延生長(zhǎng)初期二維島的形核和生長(zhǎng)行為。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1．進(jìn)一步拓展RLA模型。在改進(jìn)的RLA模型中，島的形核和生長(zhǎng)由增原子和表面劑原子之間的交換過程控制，島邊緣交換勢(shì)壘依賴于表面劑臺(tái)面上和表面劑層下最近鄰的原子數(shù)。系統(tǒng)地研究島形狀和島密度隨沉積率演變的規(guī)律。 2．運(yùn)用動(dòng)力學(xué)蒙特

3、卡羅方法研究表面劑誘導(dǎo)外延中島的早期形核和生長(zhǎng)行為。建立了可逆的RLA模型，該模型包括三個(gè)主要的原子過程：增原子在表面劑臺(tái)面上擴(kuò)散、增原子與它下面的表面劑原子之間的位置交換、已交換到襯底的增原子與它上面的表面劑原子交換位置重新回到表面劑臺(tái)面上。模擬結(jié)果顯示，在確定的沉積率下，形核密度N由于恢復(fù)交換隨溫度增加被激活而發(fā)生轉(zhuǎn)變，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)變溫度T<,x>將曲線N～T分成了兩個(gè)不同的區(qū)域。在不同的溫區(qū)，島密度隨沉積率的演變呈現(xiàn)不同的特性。用多重

4、分形譜對(duì)不同生長(zhǎng)條件下島的分布作了定量表征。在轉(zhuǎn)變溫度T=T<,x>處，多重分形譜的寬度最小、頂值最高；隨著溫度的升高或降低，譜的寬度增大，頂值減小。 3．模擬研究了表面劑誘導(dǎo)外延中島的形核密度和島尺寸分布的標(biāo)度行為。 結(jié)果顯示，對(duì)于在高溫區(qū)由恢復(fù)交換過程控制的成核和在低溫區(qū)由傳統(tǒng)的擴(kuò)散過程控制的成核，其形核密度和島尺寸分布表現(xiàn)為相似的標(biāo)度行為。然而，在中溫區(qū)，由交換過程控制的成核導(dǎo)致核密度隨溫度升高而增大，而島尺寸分布