Ar~+与氟化的Si样品相互作用机制的研究:分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了Ar+与表面含有C,F反应层的Si样品的相互作用过程,以了解Ar+与氟化的Si的作用机制。为了和相对应的实验结果做比较,选择了两种样品,表面富F样品和表面富C样品。模拟结果表明,对于表面富F样品,能清楚地看到Si的刻蚀且随着入射能量的增加Si的刻蚀增加。当入射Ar+数量到达一定程度后Si的刻蚀完全停止。对于富C样品,几乎没有发生Si的刻蚀,这是由于Si-C键对Si的刻蚀起阻碍作用。     

分子动力学模拟不同入射角度的SiF3+对SiC表面的作用

采用分子动力学模拟方法研究了300K入射能量150eV时,以不同角度(5°、30°、60°和75°)入射的SiF3+与SiC表面的相互作用过程。模拟中使用了用于Si-F-C体系的Tersoff-Brenner势能函数。模拟结果显示,入射SiF3+与SiC表面相互作用后会分解,分解率随着入射角度的增加而减小。分解产物除少量散射外,大部分会沉积在SiC表面,Si和F在SiC表面的平均饱和沉积量随入射角度的增加而减少。随着SiF3+不断轰击SiC表面,SiC表面会形成Si-F-C反应层,且反应层厚度随着入射角度的增加而减少。同时发现SiC中的Si原子较C原子更容易被刻蚀,与实验结果一致。当刻蚀达到稳定,入射角度为5°、30°、60°和75°时,C的刻蚀率分别约为0.026、0.038、0.018、0.005,Si的刻蚀率分别约为0.043、0.051、0.043和0.023。各入射角度下,产物分子种类主要为F、SiF和SiF2。F和SiF产物量随入射角度增加而增加,而SiF2产量随入射角度增加而减少。在入射角度等于5°和30°时,SixFyCz是主要的含C产物;而在入射角度等于60°和75°时,CF是主要的含C产物。在入射角度等于5°和30°时,SiF2是主要的含Si产物;在入射角度等于60°和75°时,SiF是主要的含Si产物。刻蚀主要通过化学增强的物理溅射进行。     

分子动力学模拟不同入射能量的SiF2与SiC的相互作用

采用分子动力学模拟方法研究了入射能量对SiF2与SiC样品表面相互作用的影响。本次模拟选择的入射初始能量分别为0.3,1,5,10和25 eV。模拟结果显示SiF2分解率与Si和F原子的沉积率有密切的关系。沉积的Si和F原子在SiC表面形成一层SixFy薄膜。随入射能量的增加,薄膜厚度先增加后减小,薄膜中Si-Si键密度增大。构成薄膜的主要成分SiFx(x=1~4)中主要是SiF和SiF2,随入射能量的增加,薄膜成分由SiF2向SiF转变。     

分子动力学模拟样品温度对F刻蚀SiC的影响

利用分子动力学模拟方法研究了在低能F原子刻蚀SiC表面过程中样品温度对刻蚀的影响。由模拟结果可知,随着温度的升高,F在样品表面的沉积量和散射量均呈下降趋势,而发生溅射的F的量和与样品作用生成挥发物质的F的量逐渐增加。Si的刻蚀量均随着温度的升高而升高。样品中Si原子的刻蚀主要是通过生成SiF4得以实现的,C原子的刻蚀主要是通过生成CFx(x=1～3)等挥发性物质实现的。     

聚变堆中H刻蚀碳氢薄膜的分子动力学模拟

使用分子动力学方法模拟了低能H原子与碳氢薄膜的作用过程,以了解基于核聚变装置中等离子体与C基材料的相互作用机制。模拟中使用REBO(reactive empirical bond order)势函数来描述C-H体系中原子间的相互作用,并使用Berendsen热浴来控制体系的温度。文中着重探讨了入射能量对低能H原子刻蚀碳氢薄膜的影响,入射能量分别为0.3,1,5和10eV。模拟结果显示随着入射能量的增加,H原子的吸附率增加,C原子和H原子的刻蚀率增加。同一能量下H原子比C原子更易发生刻蚀。通过讨论发现在H原子与碳氢薄膜作用过程中,当能量大于1 eV时,由于入射的H原子先沉积在表面并与表面原子发生反应形成碳氢化合物,然后在后续入射粒子的轰击下碳氢化合物在表面发生解吸附现象,从而导致了C原子的刻蚀,因此C原子的刻蚀发生主要是化学增强的物理溅射。     

CH与聚变材料Be相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同能量的CH粒子与聚变材料Be的相互作用。根据托卡马克中的环境,入射粒子CH的模拟入射能量分别设定为低能量(1,5,10,25 eV)和高能量(50,100,150,200 eV),其中碳的沉积率随能量的增大逐渐增加,而氢的沉积率恰好相反。当CH粒子的入射能量为低能量时,Be样品表面形成一层碳氢膜;且其膜厚度越来越薄,并且形成一个厚度逐渐增加中间层;当入射能量为高能量时,样品中的Be原子溅射越来越大,入射粒子在样品中的入射深度越来越深,对样品的破坏越来越大,且会在样品中形成一个C反应层。     

分子动力学模拟C+离子与聚变材料钨的相互作用

采用分子动力学方法模拟不同能量的C+离子与聚变材料钨的相互作用.模拟结果表明:当C+离子入射剂量为3.11×1016 cm-2,入射能量为50eV时,样品表面形成一层碳膜;而入射离子能量为150和250eV时,C+离子入射到样品内与钨原子共同形成碳钨混合层,样品表面没有形成碳膜;碳的沉积率随能量的增大先减小后增加,溅射率随能量的增大先增大后减小;轰击后的样品中,碳原子密度、C-W键密度及C-C键密度分布都随能量的增加逐渐向样品内移动,且C-W键分布厚度随能量的增加而逐渐增加,C-C键分布厚度几乎不随能量变化;在作用过程中极少量的钨原子发生溅射,但引起钨品格损伤严重;碳在轰击后的样品中主要以Csp3杂化形式存在.     

入射角度对Ar~+与SiC表面相互作用影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了入射角度对Ar+与SiC样品表面相互作用的影响。由模拟结果可知,入射角度对样品原子溅射影响很大。随着入射角度的增大,Si原子和C原子的溅射量先增加后减小。相同入射角度下,Si原子的溅射阈值比C原子的小,Si原子的溅射量大于C原子的溅射量。初始样品在Ar+以不同角度轰击2000次后的形貌各异。产物中主要以Si原子和C原子为主,有少量的Si类和C类产物。入射角度对产物Si原子的角度分布几乎没有影响,而对产物C原子的角度分布有较小的影响。     

分子动力学模拟不同入射能量的CH与碳氢薄膜的相互作用

本文使用分子动力学方法模拟低能CH与碳氢薄膜的相互作用,以探讨在核聚变过程中CH的再沉积行为及对面向等离子体材料性质变化的影响。选择的入射能量分别为0.3,1,5,10 eV。模拟结果表明随着入射能量的增加C原子与H原子的吸附率增加,且在入射能量大于CH离解能的情况下,同一能量下H原子的吸附率小于C原子的吸附率。随着入射能量的增加,薄膜的厚度增加,薄膜中含有Csp2的范围变宽,并且表面逐渐转变为Csp2表面。薄膜中的C主要以Csp3形式存在,其次是Csp2,几乎不含Csp1。通过统计薄膜中的CHx(x为1~4)发现CH占优势,其次是CH2,而CH4的量非常少。     

低能斜入射离子束诱导单晶硅纳米结构与光学性能研究

为了研究低能Ar+离子束在不同入射角度下对单晶硅表面的刻蚀效果及光学性能,使用微波回旋共振离子源,对单晶Si(100)表面进行刻蚀,采用原子力显微镜、非接触式表面测量仪和傅里叶变换红外光谱仪对刻蚀后硅片的表面形貌、粗糙度和光学透过率进行了测量.实验结果表明:当离子束能量为1000 eV、束流密度为265μA·cm-2、刻蚀时间为30min时,离子束入射角度从0°增加到30°,样品表面出现条纹状结构.入射角度在0°～15°,随着角度增加,样品表面粗糙度增加,条纹周期减小,光学透过率提高;而在15°～ 30°范围内,随着角度增加,粗糙度开始减小,条纹周期增大,同时光学透过率降低.继续增加入射角度,条纹状结构逐渐消失,入射角度到45°时,粗糙度和光学透过率达到最小值;增加入射角度到55°,样品表面出现自组织点状结构,表面粗糙度急剧增大,光学透过率随着角度增加开始增加;继续增加离子束入射角度到80°,表面粗糙度和光学透过率继续增加,样品表面呈现出均匀有序的自组织柱状结构;此后,随着入射角度的增加,表面粗糙度又开始减小,光学透过率降低.自组织条纹结构到柱状结构的转变是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果.     

薄膜生长的计算机模拟

建立了一个比较合理的三维模型,并通过模拟成像和定量计算研究了薄膜生长过程中的两个重要问题,早期成核与表面粗糙度.结果表明,薄膜的长生过程是原子吸附、迁移、脱附、连带等微观过程的积累.随着衬底温度的升高或入射率的降低,沉积在衬底上的原子逐步由各自独立的离散型分布向聚集状态转变形成岛核,并由二维岛核向三维岛核转变.衬底温度越高、入射率越低,成核尺寸越大.存在一个最佳成核温度,成核率出现一个极大值.随着衬底温度的升高,薄膜的粗糙度先降低后来又增加.存在一个生长转变温度Tr,薄膜的粗糙度达到极小值.当衬底温度小于Tr时,入射率越大,薄膜的粗糙度越大.当衬底温度大于Tr时,入射率越大,粗糙度越小.薄膜生长的主要微观机理是原子热运动对薄膜生长的影响.     

Molecular dynamics simulations of CF3 etching of SiC

Molecular dynamics simulations were performed to investigate CF₃ continuously bombarding SiC surfaces with energies of 100, 150 and 200 eV at normal incidence and room temperature. The simulated results show that the etching rates of Si and C atoms increase linearly with the incident energy. The etch rate of Si atoms is much more than that of C atoms. A carbon-rich surface layer is observed which is in good agreement with experiments. Under bombarding by CF₃, an F-containing reaction layer is formed through which Si and C atoms are removed. In reaction layer, SiF and CF species are dominant. The formation mechanisms of ejected products are discussed. In etching products, SiF₃ is dominant. It is found that etching of C atoms in SiC is controlled by physical sputtering, while etching of Si atoms in SiC is controlled by chemical sputtering.     

代位原子在Fe3Al亚点阵中的占位与合金的塑性

采用中子衍射法测定了Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉ等代位原子在ＤＯ３结构Ｆｅ３Ａｌ亚点阵中的原子占位，并从解离能角度探讨了原子对之间的相互作用及合金室温塑性的影响，结果表明：Ｃｒ、ＭＯ、Ｔｉ都占据了Ａｌ原子的次近邻位置，替代Ｆｅ原子；Ｎｉ、Ｍｎ占据Ａｌ原子的最近邻位置，（Ｓｉ＋Ａ）当量成分以内的Ｓｉ原子替代占据Ａｌ原子的位置，由于Ａｌ－Ｃｒ原子对的结合能低于Ｆｅ－Ａｌ，ＡＬ－Ｍｏ用Ａｌ－Ｔｉ对     

Molecular dynamics simulation of ion ranges in the 1–100 keV energy range

Binary collision approximation methods have been conventionally used to describe the slowing down of recoiling ions. In order to better understand the slowing-down process, molecular dynamics methods are more and more used in the literature. However, the computer capacity limits the usefulness of the methods in most practical cases where ion implantation in the 1–100 keV energy range is used. We present an efficient molecular dynamics method for calculating ion ranges and deposited energies in the recoil energy region 100 eV to 100 keV. By taking into account only the interactions that are involved in the slowing-down process, range and deposited energy distributions at higher energies can be simulated. The method is demonstrated by range calculations of 40 keV H atoms in Si, 40 keV He atoms in Ta and 100 eV to 10 keV Si atoms in Si.     

The epitaxial growth of Ag on Si(111)-(7 x 7) surface and its (√3x√3)-R30 surface phase transformation

Ag is adsorbed in ultra-high vacuum on to the (7x7) reconstructed Si(111) surface with submonolayer coverage control with a deposition rate of 3-3 x 10¹² atoms/cm²/sec. The initial stages of growth and intermediate equilibrium phase formation are determined by using low energy electron diffraction (LEED) and X-ray photoelectron diffraction (XPD) for structural information, and auger electron spectroscopy (AES) and electron energy loss spectroscopy (EELS) for composition and interaction analyses. Room temperature (RT) adsorption results in the nearly epitaxial (1 x 1) surface phase growth in the simultaneous multi-layer growth mode. The quenching of the dangling bond states during adsorption is observed by monitoring thep-character of the Si LVV auger peak. For depositions carried out at high temperatures (HT), several plateaus in the auger uptake curve with the (√3 x √3)-R30° LEED structures are formed. It is observed that a minimum coverage of 0–33 monolayer (ML) is required for the formation of the (√3 x √3) phase and this phase causes the reappearance of thep-electron-related states that were quenched by 1.0 ML adsorption at RT. However the (√3 x √3) is observed for higher coverages (0.66 and 1.0 ML) also. The polar angle anisotropy of Si(2p) emission in XPD indicates the rearrangement of substrate Si atoms for the formation of the (√3 x √3) phase. The EELS data also shows relevant changes due to adsorption of Ag at RT and upon annealing. The results suggest the importance of controlled deposition parameters, the lack of which may have kept the determination of the nature and coverage of the (√3 x √3) surface phase unresolved in literature.     

Studies on sputtering process of multicomponent Zr-Ti-Cu-Ni-Be alloy thin films

Sputter deposition process of a multicomponent Zr-Ti-Cu-Ni-Be metallic alloy has been studied experimentally and by numerical simulations. Monte-Carlo simulations were performed using a model based on thermalization and diffusion of sputtered atoms. Incident energy and angle of sputtered atoms on substrate were obtained from simulations. The incident angular distribution was observed to be a normal distribution at all sputtering pressures. Average incident kinetic energy of the condensing atoms on the substrate was observed to be 0.2-0.3 eV indicating most of them are thermalized. Simulations were extended to predict compositional variations in films prepared at various process conditions. These results were compared with composition of films determined experimentally using Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS). Contents of Zr, Ti, Cu and Ni quantified using RBS were in moderate agreement with the simulated composition. Be could not be quantified accurately by RBS largely due to very low energy peak of Be in the spectrum. These studies are shown to be useful in understanding the complexities in multicomponent sputtering.     

束流密度对Ge/Si量子点溅射生长的影响

采用离子束溅射技术在Si基底上自组织生长了一系列Ge量子点样品,研究了束流密度对Ge/Si量子点的尺寸分布和形貌演变的影响。原子力显微镜测试结果表明,随着束流密度的增加,量子点的面密度持续增大,其尺寸不断减小,量子点的形貌由圆顶形转变为过渡圆顶形。计算直径标准偏差的结果表明,当束流密度为0.86mA/cm2时,量子点的尺寸均匀性最佳。束流密度与沉积速率成正比,影响着表面吸附原子与其它原子相遇而形成晶核的能力。