学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

用MC方法模拟PLD铁电体薄膜的生长过程

作　者: 郝国防
导　师: 黄汉明
学　校: 广西师范大学
专　业: 原子与分子物理
关键词: 钙钛矿结构生长模式沉积温度临界核紧致岛蒙特卡罗方法
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 18次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

铁电体薄膜材料因具有热电、光电、压电及高温超导等性能而被广泛应用于众多科技领域。薄膜的各种功能和特性与其生长形成的机制具有密切的关系,因此,通过各种方法研究薄膜在不同生长条件下的形成过程,探索改善和提高薄膜质量的途径成为薄膜材料研究的主要课题。一般情况下,对于薄膜的生长大多通过理论计算和实验观察进行研究,随着计算机技术的快速发展,利用计算机建立各种模型模拟薄膜的生长过程并进行相关分析成为理论推导和实验观察相互联系的纽带和桥梁。本论文在对钙钛矿空间结构、薄膜制作和生长过程进行深入分析的基础上,通过引入蒙特卡罗计算方法,建立了钙钛矿氧化物薄膜的二维和三维生长晶格模型,该模型能够合理描述脉冲激光沉积粒子凝聚核的形成和生长过程,在薄膜生长初级阶段的沉积、扩散和蒸发三个过程得到验证,在低覆盖度下,粒子沉积到基底表面后随机扩散,直到与近邻粒子相互结合形成团簇,这些凝聚核随后通过俘获其他粒子逐渐生长,表面覆盖度由此增加,达到一定程度时,两个或者更多的团簇合并形成更大的团簇,直到薄膜的形成。模型中,分别讨论了薄膜生长过程中沉积温度、沉积速率和粒子间相互作用能对薄膜生长的影响,研究了不同生长条件对凝聚核的形成、形状和尺寸分布的影响,包括相互关联的时间尺度等。最后,在模拟生长结果和实验观察结果之间进行了对比,模拟结果高保真地显示了从分形岛经历弛豫、岛边扩散到紧致岛的演变等过程。根据建立模型分析结果表明：沉积温度越高,粒子在基底表面扩散能力越强,粒子相互结合独立凝结成核的几率降低,当沉积相同的粒子数时,形成岛密度降低,岛尺寸增大,薄膜生长按层状生长模式进行。而当沉积温度较低时,粒子到达基底后很容易相互结合凝聚成核并在基底表面固定位置继续生长,因而岛密度升高,但岛尺寸变小,薄膜按照岛状模式生长,形成的薄膜表面比较粗糙。如沉积速率增加,相当于增加了沉积温度,使沉积粒子的扩散速率增加,易于形成尺寸较大的紧致岛,生长模式为层状生长。粒子间的相互作用能越大,粒子扩散需要克服的势垒越高,导致粒子在基底表面的扩散能力减弱,容易形成分形岛,分形岛继续增大,形成岛状生长模式。在薄膜的三维生长模型中,通过对比不同沉积温度下的单层覆盖度,表明随着沉积温度的升高,薄膜逐渐由岛状生长模式向层状生长模式转变。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-14
  1.1 引言  8
  1.2 薄膜的特性和制作方法  8-9
  1.3 薄膜生长的分析研究技术  9-10
  1.4 国内外计算机模拟研究的现状  10-12
  1.5 本文主要工作  12-13
  参考文献  13-14
第二章钙钛矿基本结构和薄膜的形成过程  14-30
  2.1 钙钛矿铁电体基本结构  14
  2.2 钙钛矿铁电体的制膜技术  14-18
    2.2.1 磁控溅射  15-16
    2.2.2 分子束外延(MBE)  16
    2.2.3 脉冲激光沉积(PLD)技术  16-18
  2.3 薄膜在基片上的形成和生长过程  18-26
    2.3.1 薄膜的亚单层生长  18-19
    2.3.2 表面扩散  19-20
    2.3.3 凝聚过程  20-26
  2.4 薄膜的生长模式及转变  26-28
    2.4.1 薄膜的三种生长模式  26
    2.4.2 粒子的层间传输  26-28
  2.5 本章小节  28-29
  参考文献  29-30
第三章蒙特卡罗方法原理和模型的建立  30-41
  3.1 薄膜生长过程的研究方法  30
  3.2 蒙特卡罗(Monte Carlo)方法应用  30-34
    3.2.1 蒙特卡罗方法  30-31
    3.2.2 模拟生长过程的算法  31-33
    3.2.3 蒙特卡罗方法的优点  33-34
  3.3 系统中相互作用势  34
  3.4 基底表面结构理想化模型  34-35
  3.5 计算机模拟生长过程  35-38
    3.5.1 粒子在基底表面的三种运动形式  35-37
    3.5.2 模型的建立  37-38
  3.6 本章小节  38-40
  参考文献  40-41
第四章模拟结果与讨论  41-55
  4.1 二维生长的模拟结果分析  41-45
    4.1.1 基底温度对岛密度的影响  41-42
    4.1.2 沉积速率对岛密度的影响  42-43
    4.1.3 粒子间相互作用能的影响  43-45
  4.2 薄膜三维生长的模拟结果分析  45-52
    4.2.1 模型的算法  45-46
    4.2.2 晶胞间的作用势  46-47
    4.2.3 模拟结果分析  47-52
  4.3 本章小节  52-54
  参考文献  54-55
第五章总结与展望  55-57
  5.1 论文总结  55-56
  5.2 未来展望  56-57
致谢  57-58

用MC方法模拟PLD铁电体薄膜的生长过程

内容摘要

全文目录

相似论文