亚单层和多层铜薄膜生长的动力学蒙特卡罗模拟

摘要

本文建立了亚单层铜薄膜生长和多层铜薄膜生长的三维动力学蒙特卡罗模型，用动力学蒙特卡罗方法对亚单层和多层铜薄膜的生长过程进行了模拟。研究了薄膜生长过程中工艺参数对表面形貌的影响，进而研究铜薄膜生长中表面结构的形成及其动力学演化规律。 研究了衬底温度和沉积速率对亚单层铜薄膜生长的影响。结果表明，随衬底温度升高和沉积速率降低，岛形状由离散型逐渐转变为紧致型，形成近四方的岛，岛的平均尺寸急剧增大，岛的数目迅速减少，衬底温度达到一定值之后，岛的数目基本不变，岛的尺寸分布接近正态分布；随覆盖度的增大，岛的平均尺寸增加，岛的数目减小；当覆盖度大于一定值之后，岛的数目基本不变。 分别采用来自于第一原理计算和分子动力学计算的激活能作为输入参数，研究了衬底温度和沉积速率对多层铜薄膜生长的影响。结果表明，随沉积时间的增加，薄膜表面逐步由“连绵的层状”过渡为“山包状”结构，岛状物逐步向聚集型过渡，表面变得越来越粗糙，单个岛状物的面积增大，岛状物的数目减少；衬底温度较低时，薄膜表面比较粗糙，薄膜表面形貌中单原子占有相当大的比例，而且表面以二聚体、三聚体和单原子链为主，温度较高时，单原子、二聚体的数量明显减少，形成一些尺寸较大的团簇，表面变得比较平整，薄膜的生长由岛状生长向层状生长过渡；随沉积速率增加，薄膜表面变得越来越粗糙。上述结果表明本文建立的KMC模型能够较好地模拟铜薄膜的生长。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题的背景

1.2薄膜材料的制备技术

1.3薄膜生长的理论

1.3.1薄膜生长的机制

1.3.2薄膜生长的模型

1.3.3薄膜生长的影响因素

1.3.4薄膜生长参数的定义

1.4薄膜生长的实验研究进展

1.5薄膜生长的计算机模拟方法

1.5.1概述

1.5.2第一原理计算方法

1.5.3分子动力学方法

1.5.4蒙特卡罗方法

1.6薄膜生长的计算机模拟研究进展

1.7本领域存在问题和发展趋势

1.8选题目的、意义及研究内容

1.8.1选题目的、意义

1.8.2研究内容

第2章 动力学蒙特卡罗模拟的理论和算法

2.1引言

2.2KMC模拟的过渡态理论

2.3 KMC模拟的时间

2.4 KMC模拟的模型

2.5 KMC模拟的算法

第3章 亚单层铜薄膜生长的KMC模拟

3.1引言

3.2本章所用模型与算法

3.2.1亚单层薄膜的几何模型

3.2.2亚单层薄膜生长事件

3.2.3输入参数的确定

3.3衬底温度对亚单层生长的影响

3.3.1薄膜生长形貌

3.3.2衬底温度对岛参数的影响

3.4沉积速率对亚单层生长的影响

3.4.1薄膜生长形貌

3.4.2沉积速率对岛参数的影响

3.5覆盖度对亚单层生长的影响

3.5.1薄膜生长形貌

3.5.2覆盖度对岛参数的影响

3.6模拟和实验的对比

3.7小结

第4章 多层铜薄膜生长的KMC模拟

4.1引　言

4.2本章所用模型与算法

4.3薄膜表面形貌的演化

4.4衬底温度对薄膜生长的影响

4.5沉积速率对薄膜生长的影响

4.5.1薄膜生长形貌

4.5.2沉积速率对薄膜生长速率的影响

4.6模拟和实验的对比

4.7小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

在读期间发表的论文

致 谢