SOI衬底上的薄膜的形貌稳定性与二元合金薄膜的失稳分解

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该文首先讨论SOI衬底上的薄膜的形貌稳定性.我们建立了一个连续模型去研究生长在柔性衬底上的薄膜的稳定性.从时间依赖的线性稳定性分析中,我们发现了生长在SOI衬底上的薄膜的一些新奇特性.有限衬底厚度会导致薄膜存在一个临界厚度,当薄膜厚度小于这个临界厚度纸时,薄膜是不稳定的.另外,当薄膜很薄时,长程力可以同表面能相互竞争,导致出现另外一个临界厚度,当薄膜厚度大于这个临界厚度纸时,薄膜是不稳定的.此外,如果薄膜-衬底的相对硬度很大,对于任何波长的扰动薄膜都将保持稳定.该文通过线性稳定性分析讨论了二元合金薄膜的横向组分调制,定义了关键参数η,得到了稳定性的判据.当η>η<,max>时,薄膜总是稳定的;当-2<η<η<,max>时,存在两个临界波长;当η<-2时,只存在一个临界波长.η<,max>=η<,max>(h,H),η<,max>随着薄膜厚度h的增大而增大,而随着盖层厚度H的增大而减小.所以,薄膜越厚,盖层越薄,薄膜越容易失稳.该文导出了关于二元合金薄膜失稳分解的相场动力学方程,数值模拟了二元合金薄膜的侧面上的相分离.得到了组分、薄膜厚度和盖层厚度对失稳分解的平衡形态的影响.在薄膜厚度和盖层厚度相同的情况下,不同初始浓度的演化结果中A富集相的平衡尺寸差不多.初始浓度只影响组分调制的周期.在薄膜表面更容易释放应变能,所以A富集相的尺寸也比较大,在薄膜-衬底界面附近,衬底的约束最强,所以A富集相的尺寸也较小,从而形成了上宽下窄的A富集相.因为薄膜表面处最容易释应变能,最开始的失稳分解发生在薄膜表面附近.浓度较大时,演化过程中间会依次出现层状结构和颗粒状结构,随着时间的推进,颗粒不断长大,直到形成一个的碗形结构的组分调制.浓度较小时,相分离只在薄膜表面附近发生,基本不会出现层状结构.在薄膜厚度较小的时候,A富集相基本为柱形,而随着薄膜厚度的增加,形状也逐渐变为上宽下窄的碗形.同时,A富集相的特征尺寸变大,组分调制的周期也不断变大.随着盖层厚度的增加,组分调制的周期变大,平衡时A富集相的尺寸也变大了.
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