Si(100)-(2×1)表面上Si薄膜生长的模拟

本文在分析表面扩散各向异性、二聚体和二聚体列影响的基础上,建立了Si(100)-(2×1) 表面上Si薄膜生长的Kinetic Monte Carlo(KMC)模型,利用该模型对薄膜生长的初始阶段进行了研究.结果表明:吸附原子的扩散距离随温度的变化满足指数函数L=L0AeT/C.在一定的入射率下存在一最佳成岛温度,该温度随入射率的增大而升高.随入射率的减小,薄膜逐渐从离散生长向紧致生长转变,表面扩散的各向异性越显著.     

Si（100）-（2×1）表面上Si薄膜生长的模拟

本文在分析表面扩散各向异性、二聚体和二聚体列影响的基础上,建立了Si（100）-（2×1） 表面上Si薄膜生长的Kinetic Monte Carlo（KMC）模型,利用该模型对薄膜生长的初始阶段进行了研究.结果表明：吸附原子的扩散距离随温度的变化满足指数函数L=L0Ae^T/C.在一定的入射率下存在一最佳成岛温度,该温度随入射率的增大而升高.随入射率的减小,薄膜逐渐从离散生长向紧致生长转变,表面扩散的各向异性越显著.     

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。     

外延生长亚单层Si薄膜的动力学蒙特卡罗模拟

建立了沿Si(100)方向外延生长亚单层Si薄膜的动力学蒙特卡罗模拟模型,对二维Si薄膜的生长过程及二维Si岛的形貌演变进行了研究.结果表明,在一定的入射率下存在一最佳成岛温度,该温度随入射率的增大而升高.以最佳成岛温度生长时,岛密度随覆盖度的增加呈现增加-饱和-减小的变化规律.在低温和高入射率下,岛密度随覆盖度单调增加,薄膜呈离散生长.而温度很高和入射率很低时,岛密度始终以很小的数值在小范围内振荡,薄膜呈紧致生长.     

KMC模拟活性剂作用下的薄膜外延生长

运用动力学蒙特卡罗方法模拟了两种原子组成的薄膜外延生长时的形貌,给出了一种原子作为活性剂时的同质外延生长情况,从动力学角度模拟了表面活性剂向上漂浮的行为,模拟结果发现,在原子间结合能满足Eaa〉EBB〉EAB时,在基底上先沉积少量活性剂原子薄膜更趋于向层状模式生长;温度越高,活性剂原子越容易与沉积原子发生交换,薄膜表面更加光滑平整。同时,也发现活性剂原子的漂浮行为对温度有一个敏感的临界温度,大于这个温度时,活性剂原子呈现漂浮行为。     

生长参数对Si1-xGex:C合金薄膜中元素分布的影响

用化学气相淀积方法在Si(100)衬底上外延生长Ge组分渐变的Si1-xGexC合金薄膜.本文通过能量色散谱仪乔(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对合金薄膜的元素深度分布和表面形貌进行了表征,分析研究了外延层的生长温度、生长时间对Si1-xGexC合金薄膜性质的影响.结果表明,Si1-xGexC外延层生长温度和生长时间一定范围内的增加加强了岛与岛之间的合并,促进了衬底Si原子向表面扩散、表面Ge原子向衬底扩散,且生长温度比生长时间对Si、Ge原子互扩散的影响大.     

KMC模拟薄膜生长反常效应的研究

以扩散理论基础,建立以"基本微观过程"为核心的新模型,首次对存在表面活化剂时薄膜生长的微观过程进行KINETIC MONTECARLO模拟.模拟发现,温度较低时沉积原子自身更容易聚集成核,这一反常效应是由于表面活化剂原子比沉积原子更容易被激活扩散造成的.活化层原子和沉积原子都会发生跨层间的扩散,交换比并非恒等于1,而是与温度、入射率、成膜厚度等多种因素有关.     

生长参数对Si_(1-x)Ge_x∶C合金薄膜中元素分布的影响

用化学气相淀积方法在Si(100)衬底上外延生长Ge组分渐变的Si1-xGex∶C合金薄膜。本文通过能量色散谱仪(EDS)和扫描电子显微镜(SEM)对合金薄膜的元素深度分布和表面形貌进行了表征,分析研究了外延层的生长温度、生长时间对Si1-xGex∶C合金薄膜性质的影响。结果表明,Si1-xGex∶C外延层生长温度和生长时间一定范围内的增加加强了岛与岛之间的合并,促进了衬底Si原子向表面扩散、表面Ge原子向衬底扩散,且生长温度比生长时间对Si、Ge原子互扩散的影响大。     

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.     

金属薄膜缺陷及生长模式的有限元模拟

为了从微观领域研究金属薄膜缺陷的形成和薄膜的初期生长模式,利用有限元法对金属薄膜沉积过程中的缺陷和生长模式进行了计算机模拟.以Pt原子为膜料粒子,采用刚性球入射到石墨基底,重点研究了在基底上形成的缺陷结果表明,在薄膜生长初期会形成"树桩"小岛,而当碳基底上沉积铂原子的能量值达到75 eV时,就有可能发生随机原子注入."树桩"小岛的形成使薄膜生长多为岛状生长机制,同时检验了有限元方法在微观领域中的合理性和适用性.     

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。     

薄膜生长的三维蒙特卡罗模型

构造三维蒙特卡罗模型,研究了六边形基底薄膜生长的过程.在模型中针对每个原子考虑了原子沉积、原子扩散及原子脱附三个动力学过程,并认为这三个过程是相互独立的,即在同一计算步长中三个过程依据各自的概率发生.经过生长过程可视化的结果表明,薄膜原子之间的相互作用能、基底温度和沉积速率对薄膜的生长方式有显著的影响.这一结论得到了实验的验证.     

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。     

薄膜沉积过程中的粒子轰击效应

一、前言在真空和低压环境中,将可凝性原子(吸附原子)传输到一表面来制备薄膜。产生吸附原子的方法有热蒸发、物理溅射、气相粒子、其它蒸发源,诸如真空或等离子体电弧。影响薄膜各生长阶段的主要参数有基底温度;沉积速率;沉积粒子的入射角:荷能粒子的轰击。可利用荷能离子的轰击对基底表面改性或改变薄膜的成核及生长。一般情况下,这     

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.     

Ge组分渐变的Si1-x-yGexCy薄膜的制备

用化学气相淀积方法在Si（100）衬底上外延生长了Ge组分最高约0．40的组分渐变的Si1-x-yGexCy合金薄膜,研究了生长温度等工艺参数的影响．结果表明,生长温度和C2H4分压的提高均导致薄膜中碳组分的增加和合金薄膜晶格常数的减小,这表明外延薄膜中的C主要以替位式存在．C掺入量的变化可有效地调节薄膜的禁带宽度,而提高生长温度有助于改善Si1-x-yGexCy薄膜的的晶体质量．组分渐变的Si1-x-yGexCy合金薄膜包括由因衬底中Si原子扩散至表面与GeH4．C2H4反应而生成的Ni1-x-yGexCy外延层和由Ni1-x-yGexCy外延层中Ge原子向衬底方向扩散而形成的Ni1-xGex层．     

氢气氛退火对硅上低温外延制备的硅锗薄膜性能的影响

采用反应型热化学气相沉积系统在硅(100)衬底上外延生长富锗硅锗薄膜。四氟化锗作为锗源, 乙硅烷作为还原性气体。通过设计表面反应, 在低温条件下(350℃)制备了高质量的富锗硅锗薄膜。研究了氢退火对低温硅锗外延薄膜微结构和电学性能的影响。结果发现退火温度高于700℃时, 外延薄膜的表面形貌随着退火温度的升高迅速恶化。当退火温度为650℃时, 获得了最佳的退火效果。在该退火条件下, 外延薄膜的螺旋位错密度从3.7×10⁶ cm^-2下降到4.3×10⁵ cm^-2, 表面粗糙度从1.27 nm下降到1.18 nm, 而外延薄膜的结晶质量也有效提高。霍尔效应测试表明, 经退火处理的样品载流子迁移率明显提高。这些结果表明, 经过氢退火处理后, 反应型热化学气相沉积制备的低温硅锗外延薄膜可以获得与高温下硅锗外延薄膜相比拟的性能。     

入射能量对薄膜生长影响的模拟研究

在考虑沉积原子入射能量影响的基础上，建立了Si（100）-（2×1）表面上Si薄膜生长的动力学蒙特卡罗模型，并对薄膜生长的初期过程进行了研究。结果表明：随着入射率的降低和温度的升高，不同入射能量对扩散距离影响的差异逐渐减小。在一定的入射能量和入射率下存在一最佳成岛温度，该温度随入射能量的增大而降低；随着入射率的降低，不同能量对最佳成岛温度影响的差异越小．     

磁控溅射薄膜生长全过程的计算机模拟研究

本文通过建立多尺度模型,结合模拟了磁控溅射中溅射原子的产生、溅射原子的碰撞传输、以及最终成膜的全过程,研究了基板温度、溅射速率、磁场分布和靶材-基板间距对薄膜生长过程与薄膜性能的影响.模拟结果显示,提高基板温度或降低溅射速率都会增加初期生长阶段薄膜的相对密度;磁场对靶的利用率有显著的影响,而对薄膜最终形貌的影响不大;增大靶材-基板间距会降低薄膜的粗糙度.     

基于H—Si（100）表面上原子层沉积Al2O3的仿真研究

通过对原子层沉积过程的计算机仿真,分析不同沉积条件对沉积过程的影响.以H-Si(100)表面原子层沉积Al2O3的过程为基础,通过分析基片上不同表面功能团之间的相互作用,将整个沉积过程分为初始沉积和后续生长两个阶段.基于不同的阶段建立相应的前驱体到达事件模型、反应事件模型以及表面解吸事件模型.采用动力学晶格蒙特卡罗方法实现这一沉积过程的仿真.实现了不同温度、不同真空条件下Al2O3的原子层沉积仿真.结果表明:在一定的范围内,前驱体或基片的温度高,反应室真空度低,薄膜生长速率的增长快,表面粗糙度小;基片温度对于薄膜沉积过程的影响最大,其阈值约为200℃.而且薄膜的生长趋势由初始的三维岛状生长向二维层状生长逐渐转变.