薄膜生长的理论模型与MonteCarlo模拟.doc

薄膜生长的理论模型与MonteCarlo模拟崔铮,朱英山,陈义琦,李莉,黄萌,项梁,林泽浩,吴杰,邹譞,魏文祥(华中科技大学电子科学与技术系0208班,湖北,武汉430074)摘要:本文研究了薄膜生长的理论模型,用MonteCarlo方法模拟了气相沉淀法在衬底上生成二维,三维薄膜的过程,给出了微观生长过程的详细图像。发现运动步数越大,分形现象越明显;衬底上核的数目越多,膜的均匀性越好。关键词:薄膜生长,MonteCarlo方法,分形现象,均匀性Abstract:’sfoundthatthefractalmorphologyismoreobviousasthediffusionstepwincreases,:thinfilmgrowth,MonteCarloMethod,fractalmorphology,uniformity引言随着科学技术的发展,各行业对新材料的需求日益迫切。薄膜材料,特别是纳米电子材料在现代材料中占有日益重要的地位。薄膜材料犹豫其独特的物理性能,诱人的应用前景以及重要的科学价值,越来越多的人投入到这方面的研究当中来,使得其成为自上世纪90年代以来的研究热点。自90年代以来,纳米薄膜材料的制备与应用成为材料科学的研究热点。在纳米薄膜材料的研制过程中,分析研究薄膜的生长模式及理论模型对分析新材料的微观结构与特殊性能和制备环境之间的关系有着十分重要的意义。近年来的许多研究通常是在超低温条件下,以很低的生长速率制备薄膜,然后用扫描隧道显微镜观察膜的生长情况。如果不考虑时间限制,现在的试验技术可以做到一个一个原子的设计和生长薄膜材料。[1]除了这些运用先进的实验观察设备,如原子力显微镜(AFM)和扫描隧道显微镜(STM)以及热原子散射技术TEAS和低能电子衍射技术(LEED)、高能电子衍射RHEED等进行分析研究外,利用计算机以原子尺度水平模拟原子、分子成膜的结构与行为也是一种有力的分析研究手段,并且近年来发展较为迅速。计算机模拟可以通过对不同的模型的模拟以及不同参数的设置来了解不同工艺条件下的成膜过程以及各参数变化对成膜的影响。提高了试验效率,减小了试验成本和开发新材料的费用。本文用MonteCarlo方法模拟了二维和三维平面上粒子的成膜情况。考虑的成膜过程是大量微观粒子在给定宏观约束条件下的集体行为,但就单个粒子的行为而言,则是随机的。结合粒子的随机运动,根据过程的物理特性设定一些概率规则,理论模拟结果与实际情况符合得比较好。物理模型薄膜的制备方法有许多种,如:真空蒸发镀膜技术,溅射镀膜技术,化学气相沉积技术,溶胶-凝胶技术,阳极氧化技术,分子束外延技术等等。[2]薄膜生成的基本过程,不论其制备方法