外延薄膜晶體失配位錯形成的動力學條件.pdf

1、薄膜晶體缺陷主要形成于原子沉積生長過程中，已有實驗分析手段的空間和時間分辨能力都無法達到對原子尺度微觀過程的研究，而基于分子動力學的計算機模擬為薄膜生長與缺陷形成研究提供了一個十分有效的手段。本文以外延生長面心立方金屬鋁為對象，采用三維分子動力學方法對薄膜中失配位錯形成的原子機理與控制方法進行了原子模擬研究，原子間相互作用力采用EAM多體勢函數來計算。本文主要內容有：外延生長薄膜的分子動力學模型、模擬方法及其原子弛豫過程和應用；溫度對外

2、延生長薄膜中失配位錯形成的影響；表面增原子對外延薄膜失配位錯形成的誘發(fā)作用；以及外延薄膜晶體中失配位錯與失配性質的關系。研究認為： (1) 失配位錯的形成在同一失配度大小和相同的溫度時，正失配下的薄膜比負失配下的更難以形成失配位錯； (2) 在同一失配度下，失配位錯形成所需時間與生長的溫度有關，溫度越高，位錯的形成越容易； (3) 當生長溫度接近或高于鋁的熔點時，負失配下的薄膜比正失配下的更難熔化。 (4

3、) 較高的溫度會促進失配位錯的形成；對表面原子級光滑的外延薄膜而言，同樣條件下的薄膜中難以形成失配位錯；而同樣條件下有增原子的表面卻可以形成失配位錯； (5) 表面增原子會誘發(fā)外延膜失配位錯形成，較大的原子團其驅動作用也較大。模擬中發(fā)現(xiàn)了兩種失配位錯形成機制：一種是經歷多余半原子面擠出過程而直接得到一個全位錯，另一種是先形成由兩個部分位錯夾著一片層錯的擴展位錯，之后才得到全位錯；但它們的伯格斯矢量都是與失配應變方向1/2[110