薄膜生长初期形貌的计算机模拟与改进

本文模拟了在低温基底上超薄膜沉积初期表面形貌。文章模拟多个沉积原子同时移动的生长过程 ,引入了宏观量沉积流量影响。在此基础上讨论了各向异性的影响作用 ,并改进了模型 ,修改了基底吸附位置的排列方式 ,从而获得了与实验结果更相近的图样     

Cu薄膜三维生长的Monte Carlo模拟

利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法模拟了Cu薄膜在四方基底上的三维生长过程。模型中考虑了三个主要的原子热运动过程:原子沉积、原子扩散、原子脱附,各过程发生的概率是由各运动的速率来决定的。讨论了基底温度、沉积速率及原子覆盖度对Cu薄膜的表面形貌及表面粗糙度的影响。模拟结果表明:随基底温度升高或沉积速率下降,岛的平均尺寸增大,数目减少,薄膜以层状生长方式生长;Cu薄膜表面粗糙度随温度的升高而减小,当基底温度处于某一临界温度之内时,表面粗糙度随沉积速率的变化很大,但当基底温度超过临界温度时,表面粗糙度随沉积速率的变化很小;薄膜的粗糙度与薄膜亚单层的形核密切相关。     

沉积能量与沉积速率对薄膜生长形貌的影响

本文利用各向同性的周期性四方形基底,模拟了沉积能量与沉积速率对薄膜三维形貌的影响。模型主要分析了原子沉积、吸附原子扩散和原子脱附三个过程,同时详细地考虑了四方形基底的最近邻和次近邻的影响。结果表明:沉积能量对薄膜粗糙度、衬底填充比、岛的个数都有明显的影响。沉积速率对薄膜粗糙度的影响较小,在低沉积能量下对填充比和岛的个数影响较小,在高沉积能量下对填充比和岛的个数影响较大。在高沉积能量高沉积速率下,为了提高成膜质量,同时保证成膜效率,适当降低沉积速率比适当降低沉积能量更有效。     

非均质基底表面团簇生长的周期性研究

根据基底表面客观存在杂相（不同材料、或同一材料的不同晶面等）的实验事实，考虑到粒子进出不同的相界具有不同的能耗，粒子在不同相基底上扩散具有不同的能耗，建立了非均质基底上扩散能量有限的多中心成核的DLA模型，对非均质基底上团簇的生长过程进行了Monte Carlo模拟。模拟结果表明：沉积在此类基底表面的粒子凝聚成具有分形结构的团簇的数目、团簇的回旋半径、团簇的分形维数均呈现一种周期性的变化。     

影响金属薄膜沉积初期因素的有限单元法模拟

利用有限单元法对影响金属薄膜沉积初期的因素进行了计算机模拟.按膜料为Pt、Pt-Ru、Pt-Ti、Pt-Ni、Pt-Al等五种模式,采用刚性球入射到C或Si基底,重点研究了沉积原子的半径差异比、沉积原子能量和原子入射角等参数对薄膜沉积的影响,同时检验了有限元方法在微观领域中的合理性和适用性.     

多孔基底原子层沉积薄膜分布的数值模拟北大核心CSCD

原子层沉积(ALD)技术能在多孔基底内沉积亚纳米精度的薄膜,从而调节孔道尺寸和界面性质。此类ALD薄膜沉积,同时受到前驱体扩散和反应的影响,这给沉积动力学研究带来了困难。本文对ALD制备ZnO薄膜过程中前驱体在γ-Al_(2)O_(3)基底外表面沉积和孔道内沉积过程建立了模型,并通过数值模拟对表面和孔道两种模型进行了参数敏感性分析,拟合得到沉积物覆盖率公式。结果表明:在表面沉积过程中,随着吸附速率常数ka、吸附态的二乙基锌(DEZ*)向单乙基锌(MEZ)转化速率常数k1、羟基浓度COH的增大,和脱附速率常数kd的减小,基底表面的薄膜沉积加快;对于孔道内沉积过程,较大的羟基浓度COH和较小的扩散系数DS,驱使薄膜沉积在较浅位置;拟合所得解析式能准确预测多孔基底外表面和孔道内的沉积物覆盖率及其分布。     

各向异性胶体基底表面的分形凝聚体

对各向异性胶体基底表面的分枝状金原子凝聚体的生长机制进行了研究，沉积在无规杂质区域的熔融玻璃表面的金原子先形成网状结构的薄膜，然后逐渐演变成分枝状凝聚体，根据这一实验结果，建立了各向异性的团簇-团簇凝聚模型，对此类胶体基底表面的金原子分枝状凝聚体的生长全过程进行了计算机模拟，研究了杂质区域对凝聚体各种参数的影响，其结果与实验相符合。     

聚乙烯热解制备二氧化硅表面碳涂层的机理研究

利用反应分子动力学ReaxFF方法模拟了聚乙烯热解碳沉积二氧化硅基底的微观过程，通过分析沉积过程中碳结构、体系产物数目及碳碳径向分布函数的变化来揭示聚乙烯碳化机理。结果表明：碳结构的形成主要是远离基底芳香环的沉积成片生长和靠近基底的小分子碳的渗入、析出，连接在沉积的碳结构上。其中远离基底的聚乙烯热解有两个方向，一是直接热解为小分子的碳氢化合物(C₂H₄、C₃H₆、C₄H₈等),继而小分子碳氢化合物继续反应脱氢，重组形成碳链和碳环；二是未完全断链的碳氢长链(C>5),与碳氢小分子进行反应。研究温度和保温时间对沉积的影响得知，升温可以加快反应速率，但不改变整体的反应趋势。温度为2500K,在保证碳源充足的情况下，会有更多的碳形成稳定的碳环结构，持续生长。从ReaxFF动力学角度研究高分子聚合物制备碳材料的机理，可以为相关实验研究提供理论支持。     

相互作用能的非均一性对三维薄膜初期生长的影响

考虑到基底原子位置高低不等和位置无序等现象引起的基底与吸附原子之间相互作用能的非均一性对三维薄膜初期生长二层以上原子的影响,本文建立了一个非均匀基底上的三维薄膜初期生长模型,研究了FCC(100)衬底上沉积速率、沉积能量、非均一性离散程度和分布形态等因素对三维薄膜初期生长的影响。由于基底非均匀分布的无规则性,文中将其拟合为一定范围内的随机分布。模拟结果显示:中等温度(T=450K)下相互作用能的非均一性对三维薄膜的初期生长有显著的影响;适当的增加基底不均一性离散程度和分布形态的凹凸程度对薄膜初期生长机制和岛数目都有重要影响。     

不锈钢基体预处理对合成类金刚石碳膜的影响

本文研究了在射频等离子体增强化学气相沉积工艺中不同的预处理方法对不锈钢基底上类金刚石碳膜生长的影响。所沉积的碳膜的结构和形貌分别用激光Raman光谱和扫描电子显微镜进行了分析，薄膜与基底的结合力通过划痕实验进行了表征。实验结果表明，通过采用合适的过渡层能显著提高类金刚石碳膜与基底的结合力，而通过化学腐蚀的方法对提高结合力的帮助不大。     

氧化物异质外延薄膜生长的计算机模拟

利用Monte Carlo方法分别模拟了在SrTiO3基底上沉积MgO薄膜和在MgO基底上沉积SrTiO3薄膜.模拟中,选取与实验中薄膜生长相近的参数条件,引入了新的参数扩散势垒,得到了在晶格正失配(张应力)和负失配(压应力)下薄膜生长的形貌图以及薄膜粗糙度的变化曲线图,分析了张应力和压应力对薄膜生长形貌的影响.模拟结果与文献报道的外延薄膜生长模式的实验观察结果一致.     

Ag超薄膜生长的动力学蒙特卡罗模拟

用动力学蒙特卡罗的方法对Ag原子在Pt(111)基底上的生长过程进行模拟,研究了温度对金属超薄膜初始生长形貌的影响。结果表明,随着温度的升高岛从分形状向凝聚状的转变过程,模拟结果能与相关实验现象相吻合。本文进一步讨论了原子扩散能力对岛形貌的影响,预测了Ag岛从分形状向凝聚状转变的转折温度区域。并且通过改变沉积速率论证了转折温度区域随着沉积速率的增加而提高。     

火焰法沉积金刚石薄膜过程中碳在基底中的行为

采用火焰法在Ｍｏ基底上沉积金刚石薄膜，研究了在沉积过程中Ｃ在Ｍｏ基底中的行为，结果表明，在Ｍｏ基层上沉积金刚石时，碳原子与Ｍｏ反应形成Ｍｏ２Ｃ，随时间延长，Ｍｏ２Ｃ层加厚，Ｃ原子扩散进入基底的速率下降，之后Ｃ原子在Ｍｏ２Ｃ层表面达到过饱和开始金刚石形核。     

金刚石晶粒和薄膜的侧向沉积

将传统的灯丝热解化学气相沉积系统改装成侧向沉积系统，并在其中进行了金刚石薄膜的正、侧向沉积。研究表明，侧向沉积的成核密度和生长度与正向沉积的情况基本相同，崦侧向沉积系统中金刚石颗粒和薄膜的沉积速率要比传统的沉积系统的高，但结构更趋复杂。讨论服基底对金刚石成核和生长过程的影响，深化了厂金刚石沉积机理的理解。     

Ti薄膜在Si基底上的生长模拟

利用三维动态蒙特卡洛模型模拟了Si基底上沉积Ti薄膜的初始期间的生长特性。模拟结果发现,在扩散截止步长为50的情况下,沉积温度和沉积速率对Ti薄膜初始生长模式和表面形貌有明显的影响。模拟结果表明,随着沉积温度的增加,Ti薄膜的初始晶核尺寸越来越大,数目越来越少,趋于岛状生长模式,同时Ti薄膜的相对密度越来越大,薄膜表面粗糙度也越来越小,即:较高的温度有利于Ti薄膜的岛状生长。随着沉积速率的增大,Ti薄膜表面越来越粗糙,相对密度也越来越小;较大的沉积速率不利于Ti薄膜的生长。     

CVD金则石薄膜的成核机理研究

利用热丝化学气相沉积，在预觉 无定形碳的硅镜面基底及表面研磨预处理的铜基底上，实现了金刚石膜的沉积，并由此讨论了金刚石的成核机理。研究表明，无定形碳是金刚石成核的前驱态；成核密度不仅与基底材料有关，更主要由基底的表面状态决定，基底表面状态的设计进改善成核密度的最有效的方法。     

各向异性胶体基底表面的分形凝聚体

对各向异性胶体基底表面的分枝状金原子凝聚体的生长机制进行了研究。沉积在无规杂质区域的熔融玻璃表面的金原子先形成网状结构的薄膜 ,然后逐渐演变成分枝状凝聚体。根据这一实验结果 ,建立了各向异性的团簇 团簇凝聚模型 ,对此类胶体基底表面的金原子分枝状凝聚体的生长全过程进行了计算机模拟 ,研究了杂质区域对凝聚体各种参数的影响 ,其结果与实验相符合     

半导体CdTe薄膜电化学沉积研究

本文研究半导体ＣｄＴｅ薄膜在ＩＴＯ透明导电玻璃基底上的电化学沉积。分析了电化学沉膜过程以及反应机理，对不同电参数下沉积膜进行了性能表征，研究了温度、沉积电压等参数对膜性能的影响，探讨了制备颗粒细小、均匀性好并具有一定择优取向的ＣｄＴｅ薄膜的方法。     

电沉积羟基磷灰石及其复合物涂层的研究进展

具有羟基磷灰石涂层的骨植入材料的表面形貌影响着细胞的黏附和生长、新组织的形成与取代,涂层与基底的结合强度影响着植入物的使用寿命和功能发挥。分析了近年来电沉积羟基磷灰石的沉积条件,列举了沉积出的众多特殊的表面形貌,对提高涂层与基底结合强度的方法和电沉积原理也进行了概述。     

PECVD下基底温度对SiC薄膜形态、成分及生长速度的影响

在单晶Si和多晶Cu基底表面上使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积了SiC薄膜. 通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)及扫描电子显微镜(SEM)研究基底温度对SiC薄膜成分、结构及生长速度的影响规律。结果表明: 在60~500℃基底温度下制备的SiC薄膜均为非晶态薄膜, 薄膜的生长速度随基底温度的升高而线性降低, 并且在相同沉积条件下, 薄膜在Si基底上的生长速度要高于Cu基底。此外, 薄膜中的硅碳原子比随基底温度的升高而降低, 当基底温度控制在350℃左右时, 可以获得硅碳比为1:1较理想的SiC薄膜。