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吴清英 等 ：Ti薄膜在 si基底上的生长模拟 Ti薄膜在 Si基底上的生长模拟 吴清英 ，陈小龙 ，孙灵光 ，罗顺忠 ，朱建国 (1．中国工程物理研究院核物理与化学研究所 ，四川 绵 阳62]900； 2．四川大学 材料科学与工程学院，四川 成都 610064) 摘 要 ： 利用三维动态蒙特卡洛模型模拟 了Si基底 2 理论模型和计算程序 上沉积 Ti薄膜的初始期 间的生长特性 。模拟结果发 现，在扩散截止步长为 50的情况下，沉积温度和沉积 2．1 理论模型 速率对 Ti薄膜初始生长模式和表面形貌有 明显的影 薄膜生长过程 中的基本微观过程大体可以归结为 响。模拟结果表 明，随着沉积温度 的增加 ，Ti薄膜 的 以下 3大类型 ：(1)吸附。气相粒子首先入射到衬底表 初始晶核尺寸越来越大，数 目越来越少，趋于岛状生长 面，沉积后被吸附；(2)扩散。具有一定能量的吸附原子 模式，同时Ti薄膜的相对密度越来越大，薄膜表面粗 在衬底表面上 的扩散，这个过程会受到粒子入射 的能 糙度也越来越小，即：较高的温度有利于Ti薄膜 的岛 量、衬底温度 、衬底原子与沉积原子问的相互作用势等 状生长。随着沉积速率的增大，Ti薄膜表面越来越粗 多种因素的影响；(3)脱附。当沉积原子获得足够高的 糙 ，相对密度也越来越 小；较大的沉积速率不利于 Ti 能量时 ，会蒸发脱离衬底表面，重新 回到真空中。 薄膜的生长。 基于上述观点，根据动态蒙特卡罗方法，建立 的模 关键词 ： Ti薄膜 ；蒙特卡洛 ；模拟 ；表面形貌 型如下 ：(1)Ti原子在衬底上进行吸附 解吸一扩散 中图分类号： TG146．2 3 文献标识码 ：A 运动 。可多中心同时生长；衬底可以加温 (温度为 T)； 文章编号 ：1001-9731(2013)05—0727-04 衬底为 100×100晶格 ；使用三维数组作为数据空间， 1 引 言 坐标范 围1：100，每组三维坐标 只允许一个原子 占 据 ；(2)衬底为 Si晶体，其晶体结构属于金刚石结构； 由于薄膜生长过程是一种典型的非平衡随机原子 模型中不考虑其表面缺 陷的影响，认为其表面为完全 聚集过程 ，因此随着计算机技术 的迅猛发展 ，通过理论 平整的，不存在 台阶和扭折 ；原子可 向前、后、左 、右 4 模拟 ，可以使研究者在原子 、分子的尺度上理解薄膜生 长机理 ，为调控薄膜 的微观结构和性能创造有利的条 个或前 、后 、左、右、下 5个方 向迁移 ，每个方 向的迁移 件。 目前 ，用于薄膜生长模拟研究的方法主要有数值 几率由其周 围环境和一定 的模拟条件设置决定 ；(3) 模拟理论和连续方程理论 ]。前者包括第一性原理 、 原子行走时采取周期性边界条件，即左出右进，右出左 分子动力学方法和动力学蒙特卡洛 (MonteCarlo)方 进 ，前进后 出，后进前出；(4)原子在衬底上最 多可扩 法等 ，后者主要有连续性 台阶演变动力学理论和速率 散 w 步 ，即w 为扩散截止步长，每步为一个 晶格长 方程等。考虑到蒙特卡洛方法的计算量相对较小，能 度 ；(5)原