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原子层沉积(ALD)的饱和沉积特性使得该技术被广泛应用于对材料厚度和纯度要求极高的电子行业,进而引起人们的广泛关注。材料生长机制是材料科学研究的重要内容,对ALD过程进行计算机仿真,能够帮助人们深入了解实验手段无法获得的沉积机理,进而对改进和优化薄膜生长工艺,提高薄膜质量和性质具有极为重要的意义。为了研究难以通过实验方法了解的ALD纳米薄膜沉积的形貌演化过程,本文引入了一个以随机沉积和扩散限制聚集为基础的蒙特卡罗模型。通过采用较为新颖的切入点,模拟纳米级沉积单元的聚合,成功观察到了薄膜形态的瞬时演变过程及其相应的参数。尽管模拟过程中简化了ALD过程涉及的一些化学细节,模拟结果仍然能够定性地描述前驱体分子较大的ALD实验,并且获得了生长速率与空间位阻之间的强烈依赖性。此外,完全基于建模准确预测并分析了ALD稳定生长阶段之前众所周知的生长延迟行为。通过这项工作,描述了空间位阻对ALD生长初期阶段的巨大影响。本文针对原子层沉积的计算机仿真进行了系统性研究,研究内容可以概括为以下几个方面:(1)在对现有模型归纳总结的基础上,结合ALD独特的饱和沉积特性,抽象并建立了针对于ALD无定形薄膜的沉积模型。通过蒙特卡洛方法对于薄膜沉积过程进行模拟,研究分析薄膜的形貌、生长率、粗糙度等参数随着循环数的变化。观察到生长材料从树突的形成发展到岛的形成发展,以及薄膜最后生长的过程,与实际ALD观察到的过程基本一致。在此基础上展示并讨论了ALD生长过程中沉积粒子的行为,研究了沉积粒子的行为与ALD生长阶段之间的关系。(2)通过调整模型中的最大沉积尝试次数和扩散步长研究实际过程中的脉冲时间和扩散速率对于ALD薄膜沉积过程的影响。发现在ALD饱和沉积之前,增加前驱体脉冲时间可以有效提升ALD初期生长率GPC的增长速度。此外,在本文的模拟范围内没有观察到扩散速率对于ALD的显著影响。(3)在上述研究的基础上进一步通过改变空间位阻系数来研究空间位阻对于ALD的影响。通过改变并分析模拟参数,探究ALD沉积初期普遍存在的,进入稳定生长之前的延迟出现的原因。通过将薄膜的即时形貌图在OpenGL的框架下实现,直观展示了ALD生长初期的形貌演化过程。发现空间位阻效应会导致ALD薄膜生长速率降低,粗糙度增加。此外还论证了空间位阻效应导致ALD生长初期生长速率缓慢的原因。发现ALD初期生长过程中粗糙度改变所引起的表面吸附点位的重新利用是关键因素。