温度对Cu-Ni异质外延生长影响的分子动力学模拟研究

论文摘要

薄膜的性质取决于原子沉积生长过程决定的结构,而实验分析手段的空间和时间分辨能力都无法达到对原子尺度微观过程的研究,基于分子动力学的计算机模拟为薄膜生长研究提供了一个十分有效的手段。本文以<111>外延生长Cu/Ni薄膜和Ni/Cu薄膜为对象,采用三维分子动力学模拟方法,原子间作用力采用SC-EAM多体势函数,利用建立的分子动力学模型和模拟方法,对薄膜的沉积过程进行了模拟研究。主要包括：生长温度对薄膜生长模式影响；生长温度对薄膜内部结构和表面形貌的影响；生长温度对薄膜和衬底之间的界面互扩散现象的影响。得出如下结论：（1）在300 K-700 K的温度范围内,随着生长温度的升高,Cu/Ni体系和Ni/Cu体系的表面形貌均由粗糙的岛状结构变成光滑的层状结构；生长模式由岛状生长转变为层状生长；界面互扩散也越来越剧烈。（2） Ni/Cu体系比Cu/Ni体系的表面更粗糙,Ni/Cu体系要到700 K以上才能得到光滑表面,而Cu/Ni体系在500 K温度之上就可观测到光滑表面；Ni/Cu体系比Cu/Ni体系的薄膜内部原子排列更疏松,Ni/Cu体系要到700 K温度之上内部原子才能致密排列,而Cu/Ni体系在300 K温度时就显示为致密排列；Ni/Cu体系的界面互扩散明显,但Cu/Ni体系的界面仅在700 K的高温下才有少量的互扩散。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 薄膜与薄膜技术
• 1.2 薄膜理论与分析技术
• 1.3 外延生长及外延薄膜国内外研究现状
• 1.4 计算机模拟的优势及其在薄膜研究中的应用
• 1.5 本论文工作的主要目的和研究重点
• 第2章 分子动力学方法及外延生长模型
• 2.1 计算机模拟技术
• 2.2 分子动力学方法
• 2.2.1 分子动力学基本方程
• 2.2.2 分子动力学基本算法
• 2.2.3 温度和压强控制
• 2.2.4 边界条件
• 2.3 原子间相互作用势
• 2.3.1 EAM原子间相互作用势
• 2.3.2 SC-EAM势函数
• 2.4 外延生长的原子模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 Cu/Ni薄膜外延生长及其结构的分子动力学模拟
• 3.1 分子动力学模型和运行参数
• 3.2 晶格常数及应力-应变关系的分子动力学测定
• 3.3 结果讨论
• 3.3.1 生长温度对Cu/Ni薄膜结构的影响
• 3.3.2 生长温度对Cu/Ni薄膜层密度的影响
• 3.3.3 生长温度对Cu/Ni薄膜界面互扩散的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 Ni/Cu薄膜外延生长及其结构的分子动力学模拟
• 4.1 分子动力学模型和运行参数
• 4.2 结果讨论
• 4.2.1 生长温度对Ni/Cu薄膜结构的影响
• 4.2.2 生长温度对Ni/Cu薄膜层密度的影响
• 4.2.3 生长温度对Ni/Cu薄膜界面互扩散的影响
• 4.2.4 与Cu/Ni体系的对比讨论
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 进一步研究的方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果