Ti-Si-N薄膜表面生長過程的KMC仿真.pdf

1、Ti-Si-N薄膜具有高硬度、較好的抗氧化性即熱穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點,并漸漸成為超硬材料的研究熱點。因此研究薄膜Ti-Si-N生長的基礎(chǔ)理論對于發(fā)展新性能的功能材料以及優(yōu)化傳統(tǒng)薄膜材料的質(zhì)量,都有著非常重要的指導(dǎo)意義。但在之前的Ti-Si-N薄膜制備的實驗研究中,并沒有得到最好的工藝條件。本課題將通過計算機模擬技術(shù)對粒子的遷移過程進行仿真,從而得到工藝參數(shù)的變化對Ti-Si-N薄膜形貌的影響。
　　本文的研究工作主要有以下幾個方面:<

2、br>　　首先,介紹通過實驗制備Ti-Si-N薄膜的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,以便與本文的模擬結(jié)果進行比較。介紹了很多勢函數(shù)的模型,并將二體勢與多體勢MEAM進行了比較,說明了使用多體勢MEAM的優(yōu)勢。闡述了亞單層膜的生長過程,并進一步介紹了粒子遷移的方式,同時將各種遷移方式與阿侖尼烏斯(Arrhenius)方程建立聯(lián)系,為以后的程序奠定基礎(chǔ)。
　　其次,建立一個40*40的二維KineticMonteCarlo模型。程序中采用的

3、邊界條件是周期性邊界條件,并考慮了粒子在基底表面的擴散、延島邊擴散以及粒子的蒸發(fā)等行為,原子間的勢能計算采用多體勢MEAM勢。介紹了程序中的相關(guān)算法,并給出程序流程圖。本文首次將MEAM勢函數(shù)應(yīng)用在基于動力學(xué)蒙特卡羅方法的Ti-Si-N薄膜沉積的仿真中。
　　最后,對Ti-Si-N(110)面的薄膜初期生長進行了模擬。通過對薄膜形貌、缺陷率和單個島的粒子數(shù)的分析,討論了基底溫度、Si含量和沉積率對Ti-Si-N納米復(fù)合薄膜的影響,

4、并進一步將實驗結(jié)果與模擬結(jié)果進行了比較。驗證了模型是基本合理的。通過本程序的模擬,得到了如下的結(jié)果:當沉積溫度在600K~800K之間,溫度越高薄膜的缺陷率就越低。當溫度進一步升高時(即高于800K時),薄膜的缺陷率將大幅增加,這主要是由于溫度在遠高于800K時,基底上的粒子能量過高,使得Ti、Si和N粒子之間的鍵很容易斷裂,并發(fā)生了粒子的蒸發(fā)事件。隨著Si含量的增加,島的尺寸越來越小。沉積率主要是決定粒子的遷移速率,沉積率越小,島尺寸