薄膜生長的蒙特卡羅模擬及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，納米薄膜材料因其特有的性能受到越來越多的關(guān)注，它們被廣泛應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)，如光設(shè)備、微機(jī)電系統(tǒng)、催化工業(yè)等領(lǐng)域。納米薄膜的生長機(jī)制主要指原子吸附后經(jīng)擴(kuò)散集聚成島，其中包含了許多復(fù)雜的過程，大量研究表明薄膜生長機(jī)制對(duì)其性能有極大影響，因此從原子尺度研究薄膜生長是非常有必要的。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多在現(xiàn)實(shí)試驗(yàn)中無法看到的生長過程將會(huì)被模擬，實(shí)現(xiàn)可視化。
　　本文主要從微觀角度研究薄膜的生長過程，通過數(shù)值模擬和

2、實(shí)驗(yàn)研究兩種方法分析基底溫度、沉積速率和其他制備參數(shù)對(duì)薄膜生長的影響。在數(shù)值模擬方面，以三維蒙特卡羅法為基礎(chǔ)，模擬了單質(zhì)銀在六邊形基底上的生長與二元金屬合金鎳鈦在四邊形基底上的生長，在本模型中，將薄膜的生長過程簡化為三個(gè)相互獨(dú)立的過程:原子沉積、原子擴(kuò)散和原子脫附，并利用嵌入原子勢(shì)(Embedded Atom Method，EAM)計(jì)算發(fā)生擴(kuò)散時(shí)的能量勢(shì)壘。在實(shí)驗(yàn)研究方面，采用新的射頻磁控濺射法制備NiTi合金薄膜，此法采用獨(dú)立傾斜的純

3、Ni靶材和純Ti靶材同時(shí)濺射，更易控制薄膜中兩原子的成分組成，并在制備過程中基底自轉(zhuǎn)以確保兩原子的均勻分布。
　　模擬結(jié)果表明基底溫度與沉積速率對(duì)薄膜生長中島的形狀和生長方式有極大影響。增加基底溫度與降低沉積速率這兩種辦法可導(dǎo)致相同的薄膜生長變化趨勢(shì)，都會(huì)使島的尺寸變大、島的數(shù)量變少，薄膜的粗糙度越來越小。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明制備NiTi合金薄膜時(shí)，當(dāng)基底溫度超過300℃后，薄膜中兩原子成分比值保持穩(wěn)定，幾乎不再發(fā)生改變;增加沉積時(shí)間即