低能pt原子团簇沉积过程的分子动力学模拟

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1、第("卷第"%期%$$%年"%月物理学报.E6,("，RE,"%，C-@-3H-G，%$$%"$$$2’%0$L%$$%L(（""%）L%/0+2$#MBNM)OPQJBMQJRJBM!%$$%B:5;,):8F,QE@,"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""低能!"原子团簇沉积过程的分子动力学模拟!!叶子燕张庆瑜（大连理工大学三束材料改性国家重点实验室，大连""#$%&）（%$$%年%月"$日收到；%$$%年’月%(日收到修改稿）利用分子动力学模拟系统研

2、究了低能)*’+，)*"&"和)*%##原子团簇与)（*$$"）表面的相互作用过程，详细分析了初始原子平均动能为$,"，",$和"$-.的原子团簇的沉积演化过程及其对基体表面形貌的影响,研究表明，初始原子平均动能是描述低能原子团簇的重要参量,当团簇的平均原子动能较低时，团簇对基体表层原子点阵损伤较小，基本属于沉积团簇；随着入射团簇的原子平均动能的增加，团簇对表层原子点阵结构的破坏能力增强，当团簇的原子平均动能增加到"$-.时，团簇已经显现出注入特征,低能原子团簇对基体表面形貌的影响主要取决于团簇的初始原子平均动能，但随着团簇所含原子数目的增加

3、，低能原子团簇对基体表面的影响略有增强,此外，对低能原子团簇与基体表面相互作用的物理机理进行了讨论,关键词：分子动力学模拟，低能原子团簇，载能沉积!#$$：#+((［(—"’］经受到国内外学者的广泛重视,"A引言在以往的研究中，人们一般关注较小的原子团簇,但是，无论是低能团簇沉积技术中的离化原子团低能团簇与材料表面的相互作用在薄膜材料的簇，还是薄膜沉积中产生的等离子体尘埃颗粒和液&合成过程中有着重要的作用,一方面，在很多薄膜制滴，低能原子团簇中原子的数量可高达"$，甚至更备过程中，如基于低温等离子体技术的化学气相沉大，低能团簇的原子平均动能一

4、般在$,"—"$-.,对积（B.C）和物理气相沉积（).C）、脉冲激光沉积于如此复杂的薄膜生长过程，人们难以从实验的角（)DC）以及电弧离子镀等薄膜制备技术中，气相成度研究低能团簇与薄膜生长表面相互作用的沉积动分中常常存在等离子体尘埃颗粒和由大量原子构成力学过程以及在原子水平上揭示低能原子团簇所产的液滴，这些低能团簇的存在对合成薄膜的质量将生的薄膜表面微观过程的变化及其演化规律,因此，产生严重的影响,另一方面，目前实验上已经发展出基于半经验原子间相互作用势的计算机模拟是研究了一些基于低能团簇沉积的薄膜制备技术，如：离化低能原子团簇与材料表面的

5、相互作用的重要手段之团簇束沉积（5E;5@@6?F*-GH-43>-IEF5*5E;缩写为一,我们采用分子动力学模拟方法，系统研究了不同JBKC）,在低能团簇沉积技术中，团簇的大小和其所低能)*原子团簇与)（*$$"）表面的相互作用过程，携带的动能决定着合成薄膜的质量,人们利用低能详细分析了入射原子平均动能为$,"，",$和"$-.团簇技术已经制备出致密、光滑、膜基结合力优异的的原子团簇的沉积演化过程、团簇的原子平均动能［"—&］薄膜材料,因此，研究低能团簇与材料表面的相随时间的演化及其对基体表面形貌的影响,互作用，在原子水平上揭示低能原子团

6、簇所产生的薄膜表面微观过程的变化及其演化规律，无论是对%,模型与模拟方法了解低能团簇沉积过程中薄膜生长的微观机理、改进和优化薄膜合成工艺，还是对控制低能团簇对薄分子动力学模拟选择等温方案,等温近似所采［"&］膜的影响、提高合成薄膜的质量，均具有重要意义,用的方法与K-G-;>F-;等提出的速度调整因子方目前，有关低能团簇与材料表面相互作用的研究已法相近，具体形式为!国家自然科学基金（批准号："$$/($$0）资助的课题,!通讯联系人,大连理工大学物理系，大连""#$%&,123456：789:4;<=>6?*,->?,@;()期叶子燕等：低能

7、23原子团簇沉积过程的分子动力学模拟)C88($)!!（!"#"$!%&’），（(）的初始原子平均动能的增加而缩短/这一结果说明，"*""+,-团簇原子平均动能的增加的机理与单原子沉积过程()!)$#!#中入射原子动能的增加是相同的，即主要是团簇原#!(!%&’!，（)）子与基体结合过程中释放结合能潜热的贡献［(0］/与.%（"*""+,-）)单原子沉积所不同的是团簇中含有大量的原子，尽式中!为所设置的系统温度，"为系统的总原子"#"管团簇在接近表面的过程中所释放的总原子间相互数，""+,-为表面原子数，$#和!#分别为第#个原子作用势能（即

8、结合能潜热）要远大于单原子沉积所释的质量和速度/由于等温模型的实质是引入了对原放的结合能潜热，但是由于团簇动能的增加主要是子速度的一个约束，从而制约了原子的活性/原