Ag超薄膜生長的動力學蒙特卡羅模擬

2014-07-24 陳書漢 嘉應學院物理與光信息科技學院

  用動力學蒙特卡羅的方法對Ag 原子在Pt( 111) 基底上的生長過程進行模擬,研究了溫度對金屬超薄膜初始生長形貌的影響。結果表明,隨著溫度的升高島從分形狀向凝聚狀的轉變過程,模擬結果能與相關實驗現象相吻合。本文進一步討論了原子擴散能力對島形貌的影響,預測了Ag 島從分形狀向凝聚狀轉變的轉折溫度區域。并且通過改變沉積速率論證了轉折溫度區域隨著沉積速率的增加而提高。

  金屬超薄膜材料以其獨特的物理特性、誘人的應用前景和重要的科學價值目前越來越受到人們的關注。隨著計算機技術的高速發展,計算機模擬技術在研究薄膜生長中的微觀細致行為的作用越來越大,該技術為研究薄膜生長機理提供了重要的理論研究工具。在原子尺度上,超薄膜的生長主要包括核的形成、生長以及合并等過程,而這些過程又受到沉積原子在表面的擴散勢壘、擴散機制、襯底結構、基底溫度以及沉積速率等多種因素的影響。薄膜在生長初期,真空技術網(http://smsksx.com/)認為主要需要考慮一下幾個過程:

  ①薄膜原子沉積到基底表面上并被變為吸附原子;

  ②吸附原子在基底表面上擴散并成核,長大及合并;

  ③吸附原子的再蒸發。

  自從Witten 和Sander 等提出DLA( The Diffusion Limited Aggregation Model) 模型后,有關薄膜表面生長的計算機隨機模型很快發展起來。隨著計算機技術的發展,采用仿真技術能更加深入、細致地研究不同制備環境下薄膜的生長行為。后來,在DLA 模型的基礎上發展了一系列研究薄膜表面生長過程的模型。隨著計算機技術的發展,使得跟蹤大量粒子的行為成為可能,采用仿真技術便能更深入、更細致地研究不同制備環境下薄膜生長行為,這對人們進一步認識薄膜表面生長過程和相關物理機制具有重要意義。

  本論文采用二維動力學蒙特卡羅的方法模擬了Ag 薄膜在Pt( 111) 上的生長過程,并將仿真結果與國外已報道的實驗結果進行了比較,從而證明計算機仿真模型的合理性。進一步地,通過計算機模擬預測了島形貌明顯轉變的溫度區域。

結論

  采用動力學蒙特卡羅的方法,模擬了Ag 原子在Pt( 111) 基片上的生長過程,討論了溫度對Ag 超薄膜初始生長島形貌的影響。通過計算機模擬在原子尺度上揭示了島從分形狀向凝聚狀的轉變過程,計算機模擬結果能與相關實驗現象相吻合。通過改變不同基底溫度,模擬分析了島形貌的轉變過程。并且通過計算機模擬預測島形貌轉變的轉折溫度,論證了島形貌的轉折溫度區域隨著沉積速率的增加而升高,并用擴散時間和擴散速率的關系解釋了這種現象。本文的研究結果可對實際實驗制備提供重要的理論參考和指導。