超薄薄膜各向异性生长的KMC模拟

论文题目: 超薄薄膜各向异性生长的KMC模拟

论文类型: 博士论文

论文专业: 凝聚态物理

作者: 吴锋民

导师: 叶高翔

关键词: 各向异性,薄膜生长,动力学蒙特卡罗模拟

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 薄膜生长初期沉积原子的凝聚行为研究对薄膜的物理特性以及元器件的研制都具有十分重要的意义。在薄膜的生长过程中,各向异性性质普遍存在,如基底表面结构的各向异性、沉积原子扩散的各向异性、扩散原子与岛之间反应的各向异性等等。这些各向异性性质对薄膜的生长过程、薄膜生长各阶段的形貌、薄膜的各种物理特性等都会产生极为重要的影响。本文针对薄膜生长中基底表面原子结构的各向异性性质(第二章),用动力学蒙特卡罗(KMC)模拟方法较为系统地研究了非均匀基底(包括非均匀四角底和非均匀三角底)表面薄膜的生长过程,着重研究了基底原子结构的非均匀性以及由此产生的表面能量分布的各向异性对团簇形成和薄膜生长形态的影响；模拟研究了有台阶基底表面上原子的扩散、薄膜的生长以及“台阶流动”生长模式的形成。模拟结果较好的解释了有关实验现象。针对薄膜生长时原子扩散的各向异性性质(第三章),我们采用实际的原子生长模型和物理参数,在六角基底表面,模拟了原子的各向异性扩散规律和薄膜各向异性生长的微观过程；综合考虑了电解溶液中离子浓度、离子相遇时的反应概率及离子定向漂移概率等因素,模拟电化学沉积薄膜的形成过程及相关物理化学参数对薄膜形成的影响；模拟在外加磁场作用下原子扩散和薄膜生长过程,得到了不同于传统DLA生长的枝晶状生长图形,从而揭示在外场作用下薄膜的各向异性生长规律。模拟结果与有关实验相一致。针对薄膜生长时原子之间或原子与岛之间反应的各向异性性质(第四章),我们模拟研究了各向异性金属基底和再构半导体基底表面原子的扩散、反应和薄膜形成的微观机理,得到了与实验结果相一致的薄膜生长形貌及其相应的定量参数；考虑原子沉积、扩散、成核、生长以及扩散原子的二次蒸发、原子沿岛边界扩散和岛的合并等过程,在较高温度条件下,模拟研究了沉积原子与岛之间具有各向异性反应时金属薄膜的生长过程,通过动态统计薄膜生长过程中的岛密度及薄膜生长率,得到了实验中不易直接获得的高温下薄膜生长的许多重要细节。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 引言

1.2 薄膜的生长过程

1.3 薄膜的生长模式

1.4 薄膜生长的计算机模拟

1.5 本文的研究内容

参考文献

第二章各向异性基底表面薄膜的生长

2.1 非均匀基底表面薄膜的生长

2.2 "台阶流动"生长模式的形成

参考文献

第三章各向异性扩散条件下薄膜的生长模拟

3.1 六角基底表面原子扩散和薄膜生长

3.2 电化学沉积超薄薄膜生长模拟

3.3 外加磁场作用下粒子的扩散和团簇聚集

参考文献

第四章各向异性反应条件下薄膜的生长机理

4.1 各向异性金属基底表面低维结构的形成

4.2 再构半导体基底上一维纳米线生长模拟

4.3 高温下金属薄膜各向异性生长

参考文献

第五章结语

5.1 主要研究成果及创新点

5.2 今后的工作展望

参考文献

附录:博士期间发表的论文

致谢

附发表的论文

发布时间: 2010-09-16

参考文献

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超薄薄膜各向异性生长的KMC模拟

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