為了解VC 薄膜生長(zhǎng)過程，通過第一性原理方法，對(duì)C(和V) 原子在VC 晶體表面和晶體內(nèi)部的遷移情況進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果顯示，C( 和V) 的單原子在VC 晶體表面格點(diǎn)位置具有最低的系統(tǒng)能量，此時(shí)，C 原子的活動(dòng)性仍較強(qiáng)，其遷移激活能僅為0.08 eV，而V 原子由穩(wěn)定的格點(diǎn)位置遷移則有較大阻力，激活能為2.48 eV; 在VC 晶體內(nèi)部，C 和V 原子在(111) 層面內(nèi)遷移的激活能分別為3.34 和4.30 eV，層間激活能分別為2.93 和3.64 eV，表明它們?cè)诰��?nèi)的遷移極為困難。結(jié)合此結(jié)果，對(duì)VC 薄膜的制備參數(shù)進(jìn)行了討論。

　　VC 是硬度最高的過渡金屬碳化物之一。VC 薄膜所具有的高硬度、低摩擦系數(shù)、低導(dǎo)熱率和高耐蝕性等優(yōu)異性能，展示出在現(xiàn)代工業(yè)中的廣闊應(yīng)用前景。VC 薄膜的制備技術(shù)已得到很多研究，如在反應(yīng)磁控濺射中，隨著CH4分壓的升高，可獲得不同碳含量的碳化釩薄膜，可能出現(xiàn)的成分有V，V2C，VC 及VC 與C 等，采用VC 復(fù)合靶和電子束蒸發(fā)的方法也可制備出單相NaCl 結(jié)構(gòu)的VC 薄膜，其中基片預(yù)溫度對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響甚微。文獻(xiàn)也發(fā)現(xiàn)，濺射氣壓和基片溫度這兩個(gè)最重要的工藝參數(shù)對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能改善的作用有限，而通過調(diào)整陶瓷靶的成分則可以在較大的范圍內(nèi)明顯改變薄膜的成分和微結(jié)構(gòu)，并獲得結(jié)晶程度和硬度均較高的單相VC 薄膜。

　　從原子尺度上深入了解沉積原子吸附、擴(kuò)散和化合的過程對(duì)揭示碳化物薄膜的形成和生長(zhǎng)規(guī)律非常重要，而這一方面的研究尚不充分。本文采用第一原理計(jì)算的方法研究了C 和V 原子在NaCl 結(jié)構(gòu)VC 表面和晶體內(nèi)部(111) 面上的遷移條件，并在此基礎(chǔ)上討論了工藝參數(shù)對(duì)薄膜生長(zhǎng)的影響。

　　第一性原理的計(jì)算表明:

　　(1) 在VC(111) 表面上從hcp-HL 向fcc-HL 遷移時(shí)，C 原子的遷移激活能為0.8 eV，V 原子為2.48eV，表明在薄膜生長(zhǎng)面的穩(wěn)定位置上時(shí)C 仍具很高的遷移能力，而V 原子則難以遷移。

　　(2) 在VC 晶體內(nèi)時(shí)，C 原子在(111) 層內(nèi)遷移激活能為3.34 eV，層間遷移激活能為2.93 eV，V 原子的(111) 層內(nèi)遷移為激活能4.30 eV，層間遷移激活能為3.64 eV，表明C，V 原子在晶格內(nèi)部都難以擴(kuò)散。

　　(3) 在此基礎(chǔ)上討論了類石墨結(jié)構(gòu)形成，對(duì)沉積溫度和C/V 比例幾種制備參數(shù)的影響進(jìn)行了分析。