(001)和(110)表面上薄膜生长特性的研究

摘要

本论文针对不同基底上，薄膜生长初期的特性进行一些模拟研究，主要由两部分内容构成：一是(001)基底上的岛形貌由紧致向枝晶生长转变的新现象；二是Ag(110)和Cu(110)基底上的条形岛生长特性研究。论文首先介绍了一些研究背景，基于实验研究得到的STM图象，介绍了岛形貌的分类，同质、异质外延生长。接着给出了薄膜生长的基本理论，着重指出表面上两种不同的扩散类型：跳跃扩散和交换扩散。为了使模拟更接近真实情况，考虑了基底上粒子的交换运动机制。利用动力学蒙特卡罗bcc(001)和fcc(110)模型，模拟研究得到以下结果：
　　 1.当沉积速率F>0.0015ML/s时，在(001)基底上发现了由紧致岛向枝晶岛转变的新现象，在该现象中，岛数目随基底温度的升高而减少、随沉积速率的增大而增多。岛形貌由紧致向枝晶转变所需要的转变温度也随着沉积速率的升高而升高。
　　 2.Ag(110)基底上，低温下岛呈现无规则生长，由于粘结的各向异性(in-channel的粘结稳定，cross-channel的粘结不稳定)。中间温度时岛形貌沿[110]方向形成单原子条形生长，较高温度时，in-channel的粘结也不再稳定，阻碍了[110]方向上的条形岛增长，出现由一维生长向二维生长的转变。且条形岛长度随基底温度的升高、沉积速率的降低而变长。该一维向二维生长转变的转变温度会随着沉积速率的增加而升高，随着覆盖率的增加而降低。
　　 3.由于Cu(110)基底上粒子的跳跃频率比Ag(110)基底上高，所以在Cu(110)基底上更容易形成条形岛，一维向二维生长的转变温度也低于Ag(110)基底。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 研究背景

1.2 薄膜生长的实验研究

1.2.1 岛形貌的分类

1.2.2 不同基底结构的外延生长

1.3 薄膜生长的理论研究

1.4 薄膜生长的模拟研究

1.4.1 计算机模拟薄膜生长的模型

1.4.2 薄膜生长的计算机模拟方法

1.5 研究现状及本文的工作

第二章 基本理论

2.1 薄膜生长的原子过程

2.2 表面原子的扩散类型及薄膜生长模式

2.3 平均场成核理论

2.4 岛尺寸分布的标度理论

2.5 影响成核的因素

第三章 模型建立和模拟的实现

3.1 模拟方法的选择

3.2 模型的建立

3.2.1 蒙特卡罗方法的原理和实现

3.2.2 bcc(001)模型

3.2.3 fcc(110)模型

3.3 模拟仿真的实现

3.3.1 KMC模拟的考虑因素

3.3.2 本模拟采用的结合势的性质

3.3.3 模拟相关的数学方法

第四章 模拟结果分析与讨论

4.1(001)面上岛形貌由紧致向枝晶的转变

4.1.1 模拟图展示

4.1.2 沉积速率、衬底温度

4.1.3 生长率D/F的研究

4.1.4 转变温度

4.2(110)基底上模拟研究

4.2.1 Ag/Ag(110)岛形貌

4.2.2 一维向二维生长的转变

4.2.3 模拟结果与实验及其他模拟的对比

4.2.4 Ag/Ag(110)上的线缺陷生长

4.2.5 Cu/Cu(110)上的生长情况

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文