动力学蒙特卡罗法模拟Si100基Ge纳米岛的生长Simulation of Si (100) - based Ge nano island by kinetic Monte Carlo method.pdf

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1、分类号密级公开编号弟七擘碛士蚵究嗲像讼夂题目动力学兼特卡罗法模拟基納米岛的生长学院（所、中心）工程技术研究院专业名称材料学研究生姓名周艳华学号导师姓名杨宇职称教授二零一五年六月论文独创性声明及使用授权本论文是作者在导师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不存在剽窃或抄袭行为。与作者一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。现就论文的使用对云南大学授权如下：学校有权保留本论文（含电子版），也可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文；学校有权公布论文的全部或部分内容，可以将论文用于查阅或

2、借阅服务；学校有权向有关机构送交学位论文用于学术规范审查、社会监督或评奖；学校有权将学位论文的全部或部分内容录入有关数据库用于检索服务。内部或保密的论文在解密后应遵循此规定）云南大学硕士学位论文摘要摘要半导体量子点在纳米电子学、纳米光子学和光电子学等领域具有相当广泛的应用前景，基于量子点的固态量子器件在量子信息技术中将扮演重要角色。量子点由于具有与大规模集成电路相兼容的特点，成为研究的热点之一。为深入理解生长因素及应变对量子点形成的影响，动力学蒙特卡罗方法被广泛应用于量子点生长的研究，并已取得了与实际情况相符的结果。论文釆用动力学蒙特卡罗法结合编程，模拟了基底上生长量子点的初期二维纳

3、米岛成核过程。二维纳米岛是量子点生长的核心，它的状态决定着三维岛状结构量子点的成核位置、尺寸和形貌等结构特性，而二维纳米岛在实验上是难于观察的，因此对二维纳米岛的模拟研究有着重要意义。论文釆用的四方形格子，作为量子点生长的基底，模拟过程主要考虑原子的沉积与扩散两个过程，而不考虑吸附原子的脱附过程。原子在衬底扩散采用周期性边界条件。首先系统研究了基本生长参数对二维纳米岛的成核位置、尺寸大小和均匀性、密度以及分布有序性等方面的影响。随着生长温度的增加，原子扩散能力增强，二维纳米岛的尺寸增大，密度减小；二维纳米岛在的退火过程中的稳定性，随着退火时间增加，吸附原子的平均扩散几率增加，它们会扩

4、散到势能更低的地方聚集，二维纳米岛尺寸增大，密度减小，观察到过程；随着原子沉积量的增大，二维纳米岛密度先增加后减少，尺寸不断增加，量子点间的距离不断减少，甚至出现岛的连结现象。其次研究了图形衬底上二维纳米岛随生长温度和原子沉积的变化。温度较低时，沉积原子受图形衬底的影响不大，随着温度增加，原子不断在图形衬底中形核成为二维岛，但是在过高的温度下，沉积原子的扩散能力强，会脱离图形衬底的束缚，不利于形成分布有序的量子点阵列；同样原子沉积量过小或过大都不利于有序量子点阵列的制备，过小使得量子点尺寸不均匀，过大会破坏有序性。最后研究了生长停顿和沉积原子能量对图形衬底上量子点生长初期的表面形态、

5、岛尺寸分布及空间分布等方面的影响。研究发现，在所选取的停顿时间范围云南大学硕士学位论文摘要内，时间越长，二维纳米岛的有序性和均匀性越好；停顿次数的增加，会提高原子的扩散能力，因此停顿次数适中时可以获得有序均匀的二维纳米岛阵列，最佳停顿次数为次；沉积原子的剩余能量的增加，可使图形衬底上二维纳米岛的分布更加有序，尺寸也更均一，这是沉积原子得到适当扩散的结果。通过对基底上二维纳米岛的生长模拟分析了量子点生长的物理机制，得到了生长优质量子点的工艺参数。为获得空间有序的量子点阵、调整和优化制备工艺提供了重要的理论依据。关键字：动力学蒙特卡罗；剩余能量；图形衬底；二维纳米岛；原子扩散云南大学硕士

6、学位论文云南大学硕士学位论文，，，云南大学硕士学位论文目录目录摘要绪论弓胃法模拟材料生长的研究现状本论文的主要研究工作第二章量子点材料生长的基本理论和模拟方法量子点材料的生长模式及制备工艺自组织量子点的生长模式量子点材料制备工艺计算机模拟量子点生长方法简介法简介法模拟中涉及的物理模型及周期性边界条件编程软件的介绍简介软件的特点软件在模拟材料生长中的应用第三章自组装量子点材料生长初期的模拟研究温度对二维纳米岛生长影响的模拟研究退火时间和原子扩散步数对二维纳米岛影响的模拟研究退火时间对二维纳米岛尺寸以及空间分布的影响单个原子的扩散步数对二维纳米岛的影响原子沉积量对二维纳米岛的密度以及尺寸

7、大小的影响本章总结第四章法模拟图形衬底上二维纳米岛生长引言生长基本参数对量子点成核质量的影响图形衬底上温度对量子点成核的影响云南大学硕士学位论文目录沉积量对二维纳米岛生长的影响沉积速率对二维纳米岛生长的影响生长停顿对二维纳米岛生长的影响生长停顿的时间对量子点成核的影响生长停顿次数对二维纳米岛生长的影响沉积原子剩余能量对二维纳米岛生长影响的模也研究本章总结第五章总结与展望总结顧附录研究生期间发表的文章及参与的项目参考文献云南大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪