薄膜生长与原子尺度的计算机模拟

总结了近年来多篇文献报道的新现象，在传统分认的薄膜生长过程与模工基础上，进行了补充和完善。介绍了计算机模拟薄膜生长的多种模型与方法及其应用特点，包括了分子动力学模型、蒙特卡洛模型、动力学蒙特卡洛模型以及具有发展潜力的量子力学模型。简介了当前国内外计算机模拟薄膜生和的研究现状。     

Si薄膜在预结构基底上生长的动力学蒙特卡罗模拟

通过引入周期性排列波浪形预结构基底,建立了Si薄膜生长的三维动力学Monte Carlo模型.利用该模型在此基底上分别正常沉积和倾斜沉积Si薄膜,研究薄膜在不同沉积条件下的生长过程及其内在的生长规律.通过计算机模拟,论证了在正常沉积条件下薄膜呈均匀生长模式,而在大角度倾斜沉积条件下,薄膜生长呈各向异性非均匀生长模式.     

计算机模拟二元ABAC结构薄膜生长

采用蒙特卡罗方法计算机模拟脉冲激光沉积ABAC结构薄膜生长. 模型采用三重空位扭转, 薄膜质量通过3个参数控制, 即基片温度、 脉冲粒子的剩余能量和单个脉冲覆盖度. 结果表明, 薄膜质量与3个参数相关, 通过分析薄膜的失配率, 得到制备高质量薄膜自组织分层生长的最合理参数.      

溅射沉积温度对薄膜生长影响的计算机模拟

利用Monte Carlo方法对薄膜生长过程进行计算机模拟.模型针对粒子的沉积、吸附及粒子的扩散等过程,研究了粒子允许行走的最大步数对薄膜生长形貌的影响.结果表明:随温度升高,粒子行走步数增加,薄膜的生长经历了从分散到分形团聚的过程;在粒子行走步数越小的情况下,薄膜越易趋向于分散生长.     

化学镀Ni-P薄膜生长过程的Monte Carlo 模拟

运用Monte Carlo 方法和Srolovitz等人提出的Q-state Potts模型对化学镀Ni-P薄膜生长过程进行了计算机二维形貌模拟,考察了薄膜生长时间对晶粒大小的影响.结果表明,晶粒的长大是一个相互吞噬的动态过程,随着薄膜生长,晶粒逐渐变大,单位表面内晶粒数目减少.但是当薄膜生长约500 MCS后,晶粒的平均粒径基本不变,约为9.1个基本单位,相同表面内晶粒数目达到动态平衡,这与实验结果相符.     

Cu薄膜应力的计算机模拟与表征

用Monte Carlo法以Cu为例对薄膜生长过程中薄膜应力进行计算机模拟。将分子动力学法引入到连续体薄膜的生长过程中,通过面上的假想力来实现薄膜应力的计算机模拟.模拟结果表明,在一定原子入射率和基底温度下,在薄膜厚度极其薄的情况下,薄膜应力随薄膜平均厚度的增加而增大,薄膜应力随薄膜表面粗糙度的增大也增大,薄膜应力—厚度随原子沉积个数趋向于线性关系,并且模拟了薄膜应力与薄膜表面粗糙度以及沉积时间的关系曲线。     

蒙特卡洛模拟及其在公差设计中的应用

在研究了蒙特卡洛(Monte Carlo)模拟的概念、方法和基本步骤的基础上,讨论了蒙特卡洛模拟在计算机辅助统计公差设计中的应用,提出了基于蒙特卡洛模拟的公差分析流程,并且运用Microsoft Excel软件进行了蒙特卡洛模拟实例计算.模拟结果表明:用蒙特卡洛模拟进行公差分析的结果与概率法接近,随着模拟次数的增加,计算的精度提高.蒙特卡洛模拟可求解线性、非线性、平面及空间的尺寸链问题,是一种普遍适用的统计公差设计方法.     

Pt／Pt（111）薄膜生长的计算机模拟研究

以Pt/Pt(111)薄膜生长为例,建立一个包含更为细致的原子扩散过程的模型,采用蒙特卡洛模拟方法研究了不同覆盖率,不同温度下（111）面上外延生长早期阶段的原子聚集行为,得到了一系列分形状薄膜的形貌。计算表明,用来描述枝状晶体枝杆平均宽度的原子的平均最近邻配位数随温度的升高而增加,与扫描隧道电镜实验测量的结果一致。同时,还研究了原子沉积过程中沉积速率的大小对薄膜生长的影响。     

沉积能量对ABO_3型薄膜生长的影响

报道在Monte Carlo方法模拟多元氧化物薄膜生长的三维模型及模拟算法的基础上,模拟同质ABO3型薄膜外延的生长.引入粒子的沉积能量范围在0～2eV(假设沉积粒子所带能量较低,为了避免沉积粒子与基底表面作用产生再次碰撞,使能量损失,使模拟的误差过大).模拟模型采用周期型边界条件,只考虑沉积过程和扩散过程.引入了沉积能量参数,研究了薄膜生长初期岛的形貌,数量和尺寸的变化;以及对薄膜的生长模式和形貌变化的影响.模拟的结果表明在0.2ML(ML表示单层monolayer)覆盖度,0.05ML/S沉积速率,800K沉积温度下,随着粒子沉积能量的加大,在薄膜初期岛的形成中,岛的数量减少,尺寸加大.在0.6ML覆盖度,0.01ML/S沉积速率,800K沉积温度下,薄膜的生长模式更趋向于层状生长.     

采用EPMA确定微粒表面薄膜厚度的方法研究

本文探讨了一种采用电子微探针（EPMA）技术无损确定微粒表面薄膜厚度的方法.EPMA实验采用蒙特卡洛方法模拟,研究的样品为镀有Ni薄膜的空心玻璃微球和厚的Ni平板.采用蒙特卡洛方法获得了在不同入射电子能量和薄膜厚度情况下的k比例因子,空心玻璃微球上的Ni薄膜厚度可由k比例因子曲线得到,并讨论了误差等问题.