小论文-Ti-Si-N表面生长KMC并行仿真.doc

1 Ti-Si-N 薄膜仿真田伟伟(内蒙古科技大学机械工程学院 05 机械 2 班) 摘要: 本文从薄膜生长理论, 仿真的方法, KMC 程序实现等几个方面论述了 Ti-Si-N 薄膜仿真技术,然后对 KMC 仿真程序的结果作出总结。关键词:薄膜生长理论;计算机模拟; KMC Abstract :T his article provides of Ti-Si-N f ilm mulation t echnology ,F orm t heory of thin film growth ,s imulation method and KMC procedures to achieve , And KMC simulation program on the summary . Key Words: Theory of thin film growth ; Simulation ;KMC; 随制造业的快速发展, 一次性设计必须在越来越短的时间内进行重新设计。数字工厂彻底改变传统设计方式, 从概念的提出, 技术支持到工艺的安排及工艺参数的选取等一系列的过程在现实实现之前得到虚拟环境中模拟、优化。数字工厂可以制造出质量更好的产品,还降低了成本, 缩短了时间,提高了效率。薄膜工艺在现代社会有着非常重要的地位, 随着现代微电子及光电子工业向着集成化和微型化的发展趋势,预计 21 世纪分子/ 电子器件尺寸将是在 nm 量级。这些材料都是在非平衡态下通过薄膜生长获得的。 Ti-Si-N 纳米复合薄膜以其硬度高、抗高温氧化性能好、摩擦系数小、弹性模量高、和基体的结合力强、热稳定性优良等性能成为超硬材料研究领域里的研究热点。实验研究还未能给出 Ti-Si-N 薄膜制备的可靠工艺;理论研究未能给出超硬机理。利用计算机对真实的物质系统进行模拟, 并通过模拟结果指导新材料研究与开发是材料设计的有效方法之一。 1 薄膜生长理论薄膜生长在原子尺度主要表现为粒子的迁移与扩散, 粒子如何迁移有两个重要的概念: 过渡态和势能面 过渡态理论过渡态理论是 1935 年由艾林(Eyring) 和波兰尼(Polany) 等人在统计热力学和量子力学的基础 2 上提出来的。他们认为由反应物分子变成生成物分子, 中间一定要经过一个过渡态, 而形成这个过渡态必须吸取一定的活化能,这个过渡态就称为活化络合物,所以又称为活化络合物理论。用该理论, 只要知道分子的振动频率、质量、核间距等基本物性, 就能计算反应的速率系数, 所以又称为绝对反应速率理论(absolute rate theory) 。该理论认为反应物分子间相互作用的势能是分子间相对位置的函数, 活化络合物与反应物之间建立化学平衡, 总反应速率由活化络合物转化成产物的概率决定。过渡态理论是在统计热力学和量子力学的基础上提出来的。系统从稳定态到稳定态中间必须经过一个过渡态, 而形成这个过渡态必须吸取一定的活化能。系统相互作用是原子间相对位置的函数,反应速率由过渡态转化为稳定态的概率决定。 势能面过渡态理论实现的主要难点在于势能面的计算及其反应路径的发现。蒙特卡罗方法计算系统构型能量时更为关注形成过渡态的激活能,具体实现上根据使用模型不同实现不同。在无格点 KMC 仿真中为在势能面上寻找鞍点的位置。 2 仿真方法原子尺度模拟计算,所用的