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1、在當(dāng)代高科技領(lǐng)域,薄膜科學(xué)有著極其重要的應(yīng)用,許多新材料和新器件的開發(fā)都是從制備薄膜開始的.薄膜應(yīng)力是薄膜生產(chǎn)、制備中的一種普遍現(xiàn)象,幾乎所有的薄膜都處于一定的應(yīng)力狀態(tài),過大的張應(yīng)力或壓應(yīng)力都會(huì)引起薄膜表面破損,使生產(chǎn)成本不斷提高,極大地限制了薄膜的使用性能。通過對(duì)薄膜應(yīng)力的研究,可以了解薄膜的破壞機(jī)理,進(jìn)而達(dá)到改善薄膜抗損傷性能的目的。但是由于薄膜復(fù)雜的生長(zhǎng)過程,用實(shí)驗(yàn)和理論的方法研究薄膜的生長(zhǎng)存在一定的困難,因而人們開始用計(jì)算機(jī)模擬
2、的方法來研究薄膜的微觀生長(zhǎng)過程。 本文首先在理解薄膜生長(zhǎng)理論的基礎(chǔ)上,用Kinetic Monte Carlo算法以Cu薄膜為例模擬了薄膜生長(zhǎng)的隨機(jī)過程,將分子動(dòng)力學(xué)應(yīng)用到薄膜應(yīng)力程序化過程中,利用OriginPro 7.5軟件對(duì)薄膜應(yīng)力模擬結(jié)果進(jìn)行了直觀的展示。 首先,本文提出了一種將薄膜應(yīng)力程序化的計(jì)算機(jī)處理方法。從適用于孤立的完整體系原子層次上的應(yīng)力概念出發(fā),利用薄膜制備過程是平面應(yīng)變問題,通過面上的“假象力”,將
3、薄膜應(yīng)力實(shí)現(xiàn)程序化。 其次,設(shè)計(jì)了一個(gè)更為合理、完善的模型。在合理選擇原子間相互作用計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,考慮到原子的吸附、遷移、遷移所導(dǎo)致的近鄰原子連帶效應(yīng)以及原子的脫附等過程,給出了一個(gè)有效的激活能計(jì)算方法。 最后,對(duì)模擬算法進(jìn)行了構(gòu)造和優(yōu)化。因?yàn)镸onteC arlo方法作為一種反映隨機(jī)規(guī)律的思想,不可能對(duì)所有的隨機(jī)過程給出現(xiàn)成的具體算法,所以,我們根據(jù)設(shè)計(jì)的模型,構(gòu)造并優(yōu)化了具體的算法,實(shí)現(xiàn)了可行性編程并保證了程序在
4、較低成本的硬件環(huán)境中快速運(yùn)行。 在以上工作的基礎(chǔ)上,我們模擬了原子入射率,基底溫度和薄膜厚度對(duì)薄膜應(yīng)力的影響以及原子入射率,基底溫度和沉積原子個(gè)數(shù)對(duì)薄膜應(yīng)力-厚度的影響。結(jié)果表明,1)在原子入射率和基底溫度一定條件下,隨著沉積原子的增加,薄膜厚度的增加,薄膜應(yīng)力呈逐漸增大的趨勢(shì);同時(shí)也發(fā)現(xiàn),在原子入射率一定條件下,當(dāng)薄膜平均厚度相同時(shí)薄膜應(yīng)力隨著基底溫度的增加反而呈減小趨勢(shì); 2) 在原子入射率和薄膜厚度一定條件下,隨著
5、基底溫度的升高,薄膜應(yīng)力呈減小趨勢(shì);與此同時(shí),在基底溫度一定時(shí),原子入射率越大,薄膜應(yīng)力越大;隨著基底溫度的升高,薄膜應(yīng)力呈減小趨勢(shì);與此同時(shí),在基底溫度一定時(shí),原子入射率越大,薄膜應(yīng)力越大; 3)在基底溫度和薄膜厚度一定條件下隨著原子入射率的增大,薄膜應(yīng)力呈增加趨勢(shì);同時(shí)還發(fā)現(xiàn),在原子入射率一定下,基底溫度越低薄膜應(yīng)力越大; 4)在原子入射率和基底溫度一定條件下,薄膜應(yīng)力-厚度與沉積原子個(gè)數(shù)呈線性關(guān)系;與此同時(shí),當(dāng)沉
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