薄膜生长初期表面形貌的Kinetic Monte Carlo模拟
研究薄膜生长微观机理在理论及应用方面都具有十分重要的科学意义。薄膜生长过程 是一个随机过程,利用Kinetic Monte Carlo(KMC)算法模拟薄膜的生长过程是研究其生长机理的 有效途径,模拟薄膜生长最关键的问题是如何解决模拟过程中包括哪些事件以及如何计算各自的 发生几率。本文通过计算机模拟、利用KMC 方法研究了薄膜生长表面形貌。在对前期模型进一步 改进的基础上建立新模型,基底是面心立方(100)晶面,衬底面积设为50′50 晶位,边界处理采用 周期性边界条件,在薄膜生长过程中,主要考虑：（1）原子入射并被吸附在生长表面；（2）吸附 原子在生长表面的迁移；（3）吸附原子的脱附；（4）二体迁移扩散等多种机理,对激活能的计算 采用了更加通用, 准确的算法。根据模型编写了相应的软件, 利用计算机挖掘技术和计算机图形 学原理对薄膜的表面形态进行了三维立体成像, 并通过模拟发现：(1）低温和高温时薄膜表面形 态完全不同。低温时,表面因形成许多蘑菇形的突起而变得粗糙不平,而高温时的表面粗糙 却呈现为少数具有规则晶面的棱台形大晶粒。（2 ）温度越高,入射率越小,薄膜的生长表面岛 核尺寸越大。（3 ）在高温时所形成的棱台形大晶粒平行于基底边互成90 度,并且与基底的边 互成45 度。（4 ）衬底温度较低时生长表面较为粗糙,随着衬底温度的升高,粗糙度下降。当衬底 温度达到某一生长转变温度Tt时,粗糙度呈现最低值。随着衬底温度的进一步提高,薄膜表面粗 糙度增大。（5）衬底温度较低时,入射率越大,粗糙度越大。衬底温度较高时,随原子入射率增 加,薄膜的表面粗糙度降低。（6）衬底温度和入射率对薄膜的生长机理产生完全相反的作用,沉 底温度和入射率分别决定原子的扩散能力和扩散时间。原子扩散能力越强,扩散时间越长,形成 的岛核越大、数量越少,岛核的表面晶面更加规则。
薄膜 生长初期 表面形貌 模拟 KMC
郑小平 张佩峰 范多旺 郝远
兰州城市学院电子信息科学与技术研究所,兰州730070;兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室,兰州730070;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,兰州730050 兰州城市学院电子信息科学与技术研究所,兰州730070;兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室,兰州730070 兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室,兰州730070 兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,兰州730050
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2007-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）