低能Si与Si（001）2×1重构表面相互作用过程的分子动力学模拟

摘要

本文用分子动力学方法，选用Tersoff势函数对低能入射Si原子与Si(001)表面相互作用的微观细节过程进行了模拟。 第一章简要总结了薄膜的生长理论、薄膜生长的研究方法以及入射粒子与Si(001)表面相互作用的一些重要研究成果。 第二章介绍了分子动力学的基本原理和模拟中用到的一些关键技术。 第三章模拟了Si(001)表面的弛豫和重构现象。结果表明：Si(001)表面层原子发生了2×1重构和向内弛豫现象；衬底温度为300K时，表面原子的重构在5ns就可以完成，温度的提高可以明显加快表面的重构进程。 第四章模拟了入射初始动能为0.03 eV的Si原子与Si(001)表面的相互作用过程。结果表明：入射Si原子与Si(001)衬底(重构表面和未重构表面)的相互作用在几个皮秒内就可完成。入射Si原子与Si(001)2×1重构表面的结合能最高可达到2.99 eV而其与Si(001)未重构表面的结合能最大为2.44 eV。对于Si(001)2×1重构表面，从位置1，2，3，4入射的Si原子不能使基底表面的二聚体键断开，而从位置5和位置6入射时，表面二聚体键的断开在入射原子与基底表面原子发生相互作用几十飞秒后即可完成。 第五章模拟了64个低能入射Si原子在Si(001)2×1重构表面的沉积过程。结果表明：低能入射原子的沉积是一个非常复杂的过程，随着衬底温度的提高，沉积原子的表面形貌更加的规整，生成的薄膜表面也更加平整。随着初始入射动能的增加，生成的薄膜的形貌更加的规则，但是，如果入射动能过大(>3 eV)，则会破坏衬底原子的规则排列，不利于薄膜的生长。还观察到，在薄膜的生长过程中，入射原子和衬底原子之间存在着换位现象。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章前 言

引言

1.1硅及硅(001)表面结构

1.2薄膜生长过程

1.2.1吸附过程

1.2.2扩散过程

1.2.3形核与生长过程

1.3薄膜的制备方法

1.3.1物理气相沉积(PVD)方法

1.3.2化学气相淀积(CVD)方法

1.4薄膜的表面分析技术及理论研究方法

1.4.1表面分析技术

1.4.2理论研究方法

1.5最新的研究进展

1.6本论文的研究内容

第二章分子动力学方法原理及主要技术

引言

2.1分子动力学的发展历史

2.2分子动力学方法基本原理

2.2.1牛顿运动方程

2.2.2原子间相互作用势

2.2.3边界条件

2.2.4数值算法

2.3实际模拟中用到的关键技术

2.3.1体系中粒子的初始位置和初始速度

2.3.2周期性边界条件中力的处理

2.3.3时间步长的选择

2.3.4温度(能量)的控制

本章小结

第三章 Si(001)表面的重构

引言

3.1模型和参数

3.2结果与讨论

3.2.1不同模拟时间的Si(001)表面重构

3.2.2不同温度的Si(001)表面重构

3.2.3系统温度和能量的变化

本章小结

第四章单个低能入射Si原子与Si(001)表面的相互作用过程

引言

4.1单个Si原子与Si(001)2×1重构表面的相互作用

4.1.1模型

4.1.2结果与讨论

4.2单个Si原子与Si(001)未重构表面的相互作用

4.2.1模型

4.2.2结果与讨论

本章小结

第五章 Si原子在Si(001)2×1重构表面的沉积过程

引言

5.1不同温度对Si原子沉积过程的影响

5.1.1模型

5.1.2结果与讨论

5.2不同入射能量对Si原子沉积过程的影响

5.2.1模型

5.2.2结果与讨论

5.3入射原子与衬底原子的替换

本章小结

第六章结论

致谢

参考文献

附录