基于Kuramoto-Sivashinsky模型的薄膜生長動力學模擬與實驗研究.pdf

1、薄膜材料的生長取決于生長界面的表面動力學過程,它集中體現在原子在表面上的粘接,擴散和蒸發(fā),決定著成核、生長及島之間的相互作用等一系列的表面原子間的相互作用過程.在原子水平上研究薄膜生長中各種復雜原子過程,對于制備工藝的控制和改進有重要意義.借助于計算機技術和新的實驗觀察設備如原子力顯微鏡,掃描隧道顯微鏡,低能電子衍射技術,高能電子衍射技術,人們對這一原子過程已有了初步的了解.本文利用薄膜生長的動力學理論模型,通過計算機模擬及實驗的方法得

2、出薄膜生長過程中表面高度演化的特征及表面參量的變化規(guī)律. 第一章首先綜述了薄膜生長階段的研究成果,包括薄膜生長過程、初始成核理論、團簇生長、合并、滲析過程的研究,影響薄膜生長因素.介紹了有關的薄膜測試技術.在此基礎上提出利用薄膜表面特征來研究薄膜生長機理的想法. 第二章從統(tǒng)計學角度出發(fā)研究薄膜表面形貌,介紹了描述隨機表面的一階和二階統(tǒng)計特性,如高度概率分布函數、自相關函數、高度.高度相關函數等來定量描述薄膜表面.介紹了薄膜生

3、長中的分形概念,以及定量描述分形表面參數－－標準偏差粗糙度(Interface width)、生長指數(Growth exponent)、粗糙度指數(Roughness exponent)等.深入討論了已有的薄膜生長動力學理論模型(Kuramoto-Sivashinsky模型(K-S),Edwatds-Wilkinson模型、Kardar-PaIisi-Zhang模型(KPZ)、Mullms擴散模型等)中各個部分對應的熱力學及動力學過

4、程,并在此基礎上研究薄膜的生長機理. 第三章在K-S生長模型的基礎上,編寫了薄膜生長程序,借助于數值微分方法模擬了不同參數條件下K-S模型表面演化過程,定性研究了模型中參數對表面形貌特征的影響. 第四章研究了激光濺射沉積工藝下制備GaN薄膜的生長,利用原子力顯微鏡(AFM)測量其表面形貌.綜合AFM測量數據和分形概念,對薄膜表面作出了定量描述,并求出粗糙度指數、水平相關長度、標準偏差粗糙度等參數.結合已有的薄膜生長理論模型,