团簇纳米结构薄膜的计算模拟

团簇纳米结构薄膜的计算模拟计算材料学课程设计电子科学与技术系2000级4班第三组电子004班第三小组1小组成员介绍编程：胡云明繁华郭剑川文本整理：孙义黄丽娜任静李云艳沈文彬李闯团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组2引言薄膜材料日益重要的地位提高薄膜质量研究工艺条件参数对成膜的影响计算机技术的成熟计算模拟材料的结构来了解个参数变化对成膜的影响。团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组3薄膜生长理论模型（1）团簇：介于原子和固体之间的一个中间体，是相对稳定的亚微米观集体。可以看成是多种物质由原子向大物质转变的特殊相。将团簇视为粒子随机性溅射在衬底上。粒子受晶格约束条件可用网格来描述。以二维点阵反映粒子的位置。且粒子始终位于所在的某个点阵的坐标处，粒子坐标取整数值。团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组4薄膜生长理论模型（2）粒子之间的作用势采用材料物理中时常使用的Morse势即：为编号为i,j两粒子之间的距离；D和分别为相互作用势的范围。粒子在衬底上的运动分为：（1）吸附（2）扩散（3）蒸发（本次模拟说采用物理吸附，而对蒸发没有涉及）团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组5薄膜生长理论模型（3）模型中，每次有一个粒子随机的落在衬底上，若粒子落到第二层上则根据下落位置按照一定概率扩散到衬底上如图示：团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组首先考虑其最紧邻的1，2，3，4格点，选择可以使系统能量最低的点扩散，若4个点已经填占，则选择5，6，7，8格点的能量最低位进行扩散，如是类推。直到找到空隙扩散到相应的格点位置形成新的团。815427366模拟过程建立100x100的格点随机产生粒子位置，并在图形中显示。出现粒子在同一个位置的时候对该粒子周围的最紧邻原子进行比较，其填隙方式由于对称则有一下两种，即位置从1－2－3－4，或者1－3－2－4。依次判断该位置是否有粒子，如无则扩散进该位置。最近邻已被填充则考虑次紧邻位置，同理。团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组7模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组n=1000时的图样8模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组n=2000时的图样9模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组n=3000时的图样10模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组n=4000时的图样11模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组n=5000时的图样12小结当粒子数增多时结团的数目显著增加了。而在最后几乎趋向于饱和。原因主要时由于采取的二维模型，落在第二层上的粒子被取消重落让其在第二层上扩散直至跃迁到第一层，所以在这种情况下所有沉积的粒子均用于第一层上的成膜，因此最后会趋近饱和。团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组n=5000时的图样13思考及改进（1）团簇的半径是不确定,模拟时把其当作粒子来对待与实际出入较大.团簇会出现融合，而后半径和体积重心都会随之改变团簇的溅射不是每个粒子都是随机的溅射上去的，除第一个满足沉积条件的粒子有一定的随机性以外，其他的只能在一定位置上停留下来，这些位置符合晶格结构约束条件。团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组14思考及改进（2）以二维圆面代替团簇，随机的产生圆心坐标及可能的团簇半径显示在图形上。并存储到数组中。再产生的团簇时与远数组中的数据进行比较实现团簇的融合与长大。及计算两个近邻团簇之间的距离与两个团簇的半径比较，当其相切时则融合成一个团簇，由体积不变来确定其新的半径，圆心则由两个圆心的相对位置确定团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组15思考及改进（3）相应的公式为：半径R圆心：X=X1+(X2-X1)×R23/(R13+R23)Y=Y1+(Y2-Y1)×R23/(R13+R23)团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组16改进后参数设置参数：格点数500x500a＝2T＝300k考虑Morse势中作用范围a的取值对模拟图样的影响,不同的a值对应不同的作用范围a=2时与a=6时薄膜的形貌有较大的区别,a=2时沉积的粒子十分分散,不易形成团生长,故选择a=6时进行模拟.团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组17改进后模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组a=6n=1000延时为1ms18改进后模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组a=6n=2000延时为0ms19改进后模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组a=6n=3000延时为0ms20改进后模拟图样团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组a=6n=4000延时为0ms21成团个数与粒子数变化规律团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组成团个数随沉积粒子数变化规律：理论图样：22成团个数与粒子数变化规律团簇纳米结构薄膜的计算模拟电子004班第三小组实际matlab模拟图样显示23结语

以上综述运用蒙特卡罗(MonteCarlo)方法模拟团簇纳米结构薄膜的生长。计算模拟研究了薄膜生长的机理，给出了微观生长过程的详细图象。成团粒子数变化规律说明随着粒子的增加多层生长所占比逐渐增加。团簇纳米结构薄膜的计算模拟24感想团簇纳米结构薄膜的计算