沉積原子入射對外延鋁薄膜中失配位錯形成的誘發(fā)作用研究.pdf

1、失配位錯是薄膜科學研究的重點內(nèi)容之一，其主要形成于原子沉積生長過程中，現(xiàn)有的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。本文采用三維分子動力學模擬方法，以面心立方金屬鋁為研究對象，采用EAM多體勢函數(shù)計算原子間相互作用力，對外延鋁薄膜中失配位錯形成的一些影響因素進行了原子模擬研究。研究內(nèi)容包括：外延生長薄膜的分子動力學模型、模擬方法的建立及其相應參數(shù)的選擇；沉積原子入射位置對外延薄膜失配位錯形成的誘發(fā)作用；沉積原

2、子入射動能對外延生長薄膜中失配位錯形成的影響。研究發(fā)現(xiàn)： (1)在失配度．f<,x>=-0.06的外延鋁薄膜中，失配位錯孕育時間與沉積溫度、薄膜厚度有關(guān)，隨著沉積溫度和薄膜厚度的增大，失配位錯孕育時間會減少，即失配位錯越容易形成。 (2)失配度f<,x>=-0.06，15個原子層厚且表面光滑的外延鋁膜在600K下可以保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而表面上的單原子入射可以誘發(fā)其快速形成失配位錯。 (3)原子入射對外延薄膜失配位錯形

3、成的誘發(fā)作用與原子入射位置有關(guān)。對于面心立方<111>生長體系，原子入射到{111}表面四種特征位置上時的誘發(fā)作用強弱次序為：FCC位置>HCP位置>表面原子對頂位置>表面兩原子連線中點的正上方位置。 (4)沉積原子入射通過促使一個倒置正四面體構(gòu)型的原子團的擠出，誘發(fā)處于壓應變的外延膜中形成失配位錯。不同的入射位置能使原子團的擠出帶來差異，當入射在：FCC位置和HCP位置時，擠出的倒正四面體構(gòu)型原子團的底面與薄膜表面成一定角度；

4、當入射在兩表面原子連線中點的正上方位置時，擠出的倒正四面體構(gòu)型原子團的底面平行于薄膜表面。 (5)入射動能足夠大的單原子對外延薄膜中失配位錯的形成有誘發(fā)作用，且這種誘發(fā)作用隨原子的入射動能增大而增大。原子在600K下入射到失配度f<,x>=-0.06，15個原子層厚且表面光滑的外延鋁薄膜時，入射動能只要大于等于0.14eV就可以誘發(fā)失配位錯的形成。 (6)原子入射在FCC位置情況下，隨著原子入射動能的增加，有二種不同作用