掠角沉积的分子动力学仿真及实验研究

摘要

三维及准三维纳米结构器件是纳米技术时代的核心基础器件之一。掠角沉积技术以其高效性成为一种最有潜力的纳米结构加工方法,然而,对其机理分析远远落后于实验研究的现状制约了此项技术的发展。因此,对于掠角沉积过程机理进行进一步考察对于纳米结构设计及工艺优化都具有重要的现实意义。
　　本文基于分子动力学方法对掠角沉积机理进行了多方面的研究。首先建立了掠角沉积过程的分子动力学仿真模型,讨论并选择了兼顾计算效率与经济性的单机并行计算硬件平台,初步验证了模型的准确性。同时,采用自定义的沉积结构倾斜角统计方法结合径向分布函数统计和公共邻位分析技术,实现了对仿真计算结果的深入分析。
　　其次,对平面基体上的掠角沉积过程进行了仿真及分析。结果表明,沉积原子沉积于基体的过程中具有不同的运动形式,从而造成了沉积结构与沉积基体间的不同结合形式,降低沉积入射能量,才能通过发挥原子固有排列顺序的作用得到具有一定特征的沉积结构;沉积结构的倾斜角与沉积原子的真实入射角相一致;不同沉积入射角下沉积结构具有不同的形貌分化特征,是由其内部缺陷层的分化不同而造成;而沉积结构形核是优势生长区域相互连接合并的结果。
　　再次,对预置结构基体上的掠角沉积过程进行了仿真及分析。结果表明,掠角沉积结构在单一预置结构上的生长受到预置结构变形、损伤以及多平面上生长优势方向相制约的共同作用,使其无规则的生长;在沉积入射角超过60°时,沉积结构的缺陷层产生方向的改变,使其沉积结构倾斜角不同于平面基体情况下;阵列预置结构的形状、形貌参数以及基体运动形式均会对沉积结构的形貌及分布造成影响。
　　最后,基于电子束蒸发沉积系统建立了掠角沉积平台,进行了掠角沉积实验及沉积试样分析。结果表明,所建立的实验平台能够实现基本掠角沉积结构的制备;沉积入射角对于沉积结构的纳观结构以及宏观性质具有显著影响;通过沉积结构形貌与仿真计算结果间的定性对比初步证明了仿真结果的正确性。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 课题主要研究内容

第2章 掠角沉积分子动力学仿真系统的建立及仿真结构分析方法

2.1 引言

2.2 分子动力学方法简述

2.3 掠角沉积分子动力学仿真系统的初步建立

2.4 掠角沉积分子动力学仿真系统合理性讨论

2.5 掠角沉积分子动力学仿真结构分析方法

2.6 本章小结

第3章 平面基体掠角沉积的分子动力学仿真

3.1 引言

3.2 掠角沉积过程中的沉积原子运动方式

3.3 掠角沉积结构沉积初期生长机理

3.4 沉积入射角对平面基体掠角沉积初期结构的影响

3.5 平面基体掠角沉积形核机理

3.6 本章小结

第4章 预置结构基体掠角沉积的分子动力学仿真

4.1 引言

4.2 单一预置结构基体上的掠角沉积过程

4.3 阵列预置结构基体上掠角沉积结构的初步分析

4.4 本章小结

第5章 掠角沉积实验研究

5.1 引言

5.2 基于电子束蒸发沉积系统的掠角沉积平台的搭建

5.3 掠角沉积实验及表征方法

5.4 掠角沉积实验结果及分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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