表面三维岛对薄膜表面原子扩散以及基底原子应力的影响

论文摘要

表面原子的扩散是薄膜科学研究的重点内容之一。从原子尺度上研究当表面岛存在时,表面原子的扩散势垒以及基体原子的局部应力和位置偏移的影响,薄膜生长的微观机制对揭示薄膜生长的物理本质、发展薄膜制备技术和开发新型薄膜材料都具有极为重要的科学意义。本文运用准静态分子动力学方法及EAM原子间相互作用势,计算了同质外延生长中Cu表面原子在不同侧面类型的表面岛上的扩散,包括（100） 、（111） 、（110） 和（112） 四个不同的侧面取向:同时也讨论了不同扩散机制,不同表面岛层数以及不同位置的扩散势垒。最后,总结了表面原子沿扩散路径的能量分布。计算了表面三维岛存在时基体原子的局部应力和位置偏移的情况,给出了他们之间的相互关系。本文的主要研究内容及结论如下:A.表面原子在表面三维岛上的扩散当表面岛存在时,2D-ES势垒小于3D-ES势垒,且3D-ES势垒不随表面岛层数的增加而显著变化;对于侧向表面为（100） 的表面岛,下坡扩散机制支配着表面原子在表面岛上的扩散行为;而对于侧向表面为（111） 的表面岛,存在上坡扩散的可能性,这样的表面岛会随着薄膜生长的进行有逐渐长大的可能,并且最后形成三角锥形的结构;当表面岛的侧面为（110） 和（112） 时,由于内角处势阱两边高度的不一样,有形成量子点和量子线结构的可能。B.表面三维岛岛内角处的扩散势垒与最近邻原子数之间的关系在内角处的扩散主要以跳跃扩散为主,此处的跳跃扩散势垒大小主要与此处表面原子周围的最近邻原子数有关（除去基体的3个最近邻原子）,而且平均每个最近邻原子对势垒的贡献是0. 33eV左右。C.表面三维岛的存在对基体原子局部应力和原子位置的影响当有表面岛存在对基体原子局部应力和原子位置的影响主要集中在岛边界的3-4个原子距离之内;边界处基体原子的局部应力状态同时也受表面三维岛侧面类型以及层数的影响,而产生相应的变化;边界处的基体原子会在表面岛的作用下,有被抬高的趋势,而具体的高度也是由表面三维岛侧面类型和层数决定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1. 1 薄膜研究的发展概况
• 1. 2 表面原子扩散研究的概况与发展趋势
• 1. 3 论文工作的主要目的和研究重点
• 参考文献
• 2 计算机模拟及分子动力学方法
• 2. 1 计算机模拟的意义及发展概况
• 2. 2 分子动力学原理
• 2. 2. 1 分子动力学基本方程
• 2. 2. 2 分子动力学算法
• 2. 3 计算机模拟中的原子间相互作用势
• 2. 3. 1 原子间相互作用势
• 2. 3. 2 基于有效介质方法的原子间相互作用势
• 2. 3. 3 EAM原子间相互作用势
• 2. 4 程序设计思想
• 2. 4. 1 模拟中使用的近似
• 2. 4. 2 表面扩散势垒的计算方法
• 参考文献
• 3 Cu（111） 三维表面岛对表面原子扩散影响的分子动力学研究
• 3. 1 物理模型和模拟方法
• 3. 2 结果与分析
• 3. 2. 1 计算方法和势的验证
• 3. 2. 2 表面原子在侧面为（100） 的表面三维岛上的扩散
• 3. 2. 3 表面原子在侧面为（111） 的表面三维岛上的扩散
• 3. 2. 4 表面原子在侧面为（110） 以及（112） 的表面三维岛上的扩散
• 3. 3 小结
• 参考文献
• 4 Cu（111） 表面三维岛的应力研究
• 4. 1 物理模型和模拟方法
• 4. 2 侧面为（100） 的表面三维岛基底的局部压力以及原子位置分布章
• 4. 3 侧面为（111） 的表面三维岛基底的局部压力以及原子位置分布
• 4. 4 小结
• 参考文献
• 结论
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书