薄膜生长计算机模拟

第7$卷第6期#&&G年6月

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物理学报

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薄膜外延生长的计算机模拟!

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郑小平!）张佩峰#）刘军#）贺德衍#）马健泰$）

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（兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室，兰州

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（兰州大学物理科学与技术学院，兰州

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（兰州大学化学化工学院，兰州%$&&&&）

（#&&$年!&月!$日收到；#&&$年!#月’日收到修改稿）

以()膜为例，用*+,-./(012+算法模拟了薄膜生长的随机过程，并提出了更加完善的模型3在合理选择原子间相互作用计算方法的基础上，考虑了原子的吸附、在生长表面的迁移及迁移所引起的近邻原子连带效应、从生长表面的脱附等过程3模拟计算了薄膜的早期成核情况以及表面粗糙度和相对密度3结果表明，随着衬底温度的升高或入射率的降低，沉积在衬底上的原子逐步由离散型分布向聚集状态过渡形成一些岛核，并且逐步由二维岛核向三维岛核过渡3在一定的原子入射率下，存在三个优化温度，成核率最高时的最大成核温度!,、薄膜的表面粗糙度最低时的生长转变温度!1，相对密度趋近于!时的相对密度饱和温度!43三者均随入射率的对数形式近似线性增大，并且基本重合3同时发现，随着入射率的增大相对密度不断减小，但是在不同温度区域入射率对早期成核率和表面粗糙度的影响不同3当温度较低时，随着入射率的增大最大成核率基本不变，表面粗糙度不断增大；当温度较高时，随着入射率的增大最大成核率不断增大，但表面粗糙度不断减小3

关键词：*+,-./(012+算法，计算机模拟，薄膜生长

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且常常把不稳定的目标位对应的迁移不列入事件列

!A引言

表中，这实际是忽略了一个事件中当目标位不稳定

［##］

时原子曲线迁移的可能（全表法D*(3$）3在这种方法中建立一个大表，包括各种可能发生的事件以

在超大规模集成电路中，制备具有长寿命、低阻抗的电路连接是非常重要的3长期以来，C2合金被作为首选的电路连接材料，但()作为一种更理想

［!］

的选择越来越受到人们的重视3虽然已有用多种

［!—%］

，但方法在多种衬底上生长()薄膜的研究报道

薄膜的生长机理仍不清楚3

及每个事件对应的激活能3其缺点是建立该表非常困难，而且这种方法的通用性不强3

近年来应用最多的是键/计数D*(3该方法的关键是要准确计算激活能3但目前键/计数D*(在计算原子迁移所需克服的激活能时一般只是考虑了初始位置的最近邻数或者目标位置的最近邻数与初始

［!#—!5，!6—#!］

，没有考虑到迁移过位置的最近邻数之差

在已有的计算机模拟薄膜生长的研究报道

［6—#&］

中，主要采用了三类算法：（!）指定事件的动态［6—!!］*+,-./(012+（D*(）3这种方法指定几类可能会发生的事件，但不允许其他类型的事件发生3其缺点

程中的中间状态，而且大多是二维模型3虽然E1)FB<:等!$!%!6多次对生长表面原子间互作用势的

计算方法进行了改进，但他们所假设的原子迁移路径上势能的变化并不能准确地反映迁移原子与近邻

［6］原子之间的相互作用，如C409F等所给出的原子离开边界时互作用势的最大值可能存在的位置就与［］

E1)FB<:等的假设不同3同时，E1)FB<:等!%认为原子

［，，］

是有可能忽略某些重要类型的事件3（#）键/计数D*(!##!3一般由迁移原子初始位置与最终位置各

自具有的最近邻的数目来确定迁移激活能，有的还考虑了原子迁移时不同取向的最近邻原子的贡献不同3其缺点是没有考虑到迁移过程中的中间状态，而

［—］

!国家自然科学基金（批准号：、国家博士后科学基金（批准号：和兰州交通大学“青蓝”人才计划资助的课题3!&!%7&$&）!65$%）"

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