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在发展先进的微电子器件、光学器件、磁器件等方面薄膜都具有广阔的前景。薄膜生长技术也在发展新材料和新器件方面起着越来越重要的作用。因此,不论是理论上还是工艺上,了解不同制膜工艺条件下薄膜生长的物理过程都有着十分重要的意义。事实上,关于薄膜生长物理过程在先前就已经得到了充分的研究。虽然大部分的研究工作是实验方面的,但是在分析实验结果和研究实验无法得到的物理机制时,计算机模拟都扮演着非常重要的角色,例如:分子动力学方法,第一性原理分子动力学方法,动力学蒙特卡罗方法等等。
实践证明,动力学蒙特卡罗方法可以增进我们对薄膜生长过程中原子运动细节的认识。但是,这些工作的大部分都是针对分子束外延生长(MBE)的形核(亚单层原子阶段)以及薄膜生长初期稳定岛形成过程的研究, 注重于二维生长的过程,很少有人研究其它生长方法的特点,例如脉冲激光沉积法(PLD)。尤其值得强调的是,到目前为止,关于PLD多晶薄膜生长的三维计算机模拟仍未见有过报道。因此,我们发展了两个新的动力学蒙特卡罗模型来模拟PLD薄膜的生长过程,并且得到了以下结果:
1. 发展了一个新的二维模型模拟PLD薄膜的生长过程,并且研究了亚单层原子阶段脉冲激光持续时间对薄膜生长的影响。我们发现薄膜PLD生长是明显不同于MBE的。随着脉冲持续时间的减少,PLD薄膜的岛密度增加而岛的尺寸减小了。
2. 通过改变PLD生长的基底温度,我们研究了基底温度对PLD亚单层原子生长的影响。结果发现,当基底温度相对比较低时,PLD生长的薄膜与MBE生长的类似。随着基底温度的升高,薄膜生长从MBE模式向PLD模式转变。
3. 发展了一个新的三维模型模拟多晶Ni薄膜在Ni (100)基底上PLD生长的过程。在模拟中我们得到了一些在先前的二维模拟中没有发现的有趣现象,成功地说明了实验现象。所有这些模拟都将为我们进一步认识PLD生长过程中驱使薄膜结构演变的微观机制提供很大帮助。