Au（111）薄膜生长影响的分子动力学模拟.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．12(2014)126801入射能量对Au／Au(111)薄膜生长影响的分子动力学模拟颜超t黄莉莉何兴道(南昌航空大学测试与光电学院，无损检测技术教育部重点实验室，南昌330063)(2013年lO月21日收到；2014年1月23日收到修改稿)利用分子动力学模拟了Au原子在Au(1l1)表面低能沉积的动力学过程．采用嵌入原子方法的原子间相互作用势，通过对沉积层原子结构的分析和薄膜表面粗糙度、层覆盖率的计算，研究了沉积粒子能量对薄膜质量的影响及其机制．结果表明：当入射能量Ei<25eV时，沉积层和基体表层均呈现规则的单晶面心立方(111)表面

2、的排列，沉积原子仅注入到基体最表面两层，随着入射能量的增加，薄膜表面粗糙度降低，薄膜越趋于层状生长，入射能量的增加有利于薄膜的成核和致密化；当蜀≥25ev时，沉积层表面原子结构出现了较为明显的晶界，沉积原子注入到基体表面第三层及以下，随着入射能量的增加，薄膜表面粗糙度增加，沉积层和基体表层原子排列越不规则，载能沉积会降低基体内部的稳定性，导致基体和薄膜内部缺陷的产生，降低薄膜质量．此外，当基体内部某层沉积原子数约等于该层总原子数的一半时，沉积原子将能穿过该层进入到基体内部更深层．关键词：入射能量，薄膜生长，分子动力学PACS：68．55．J一，68．55．一a，68．55．A—DOI：10．7

3、498／aps．63．126801果，人们不能精确地控制低能沉积的工艺参数．对1引言其中包含的物理机制也缺乏充分的了解．因此，无论是理论上还是实验上，低能沉积的研究都有待进在薄膜制备过程中，低能f能量小于几百个电一步深入．子伏)沉积粒子可以极大地改变薄膜在生长过程由于目前实验上尚无法从原子水平观察和跟中的宏观和微观性能，如：薄膜的成核与生长、应踪薄膜生长的物理过程，因此，基于分子动力学的力大小、膜基结合强度、致密度、薄膜的形貌以及晶计算机模拟已成为研究薄膜生长微观机制的重要体结构【，引．为了改善薄膜质量，离子束辅助沉积、手段．1999年，张庆瑜[7]采用分子动力学方法模拟脉冲激光溅射沉积、过滤

4、离子束沉积、加速分子束了Au／Au(100)薄膜的生长过程，研究表明沉积能外延生长等均是以提高沉积离子、原子或原子团能量对生长模式有很大的影响，沉积能量的提高促量的薄膜制备技术【引．此外，一些特殊涂层的制备进薄膜生长方式发生岛状生长模式向层状生长模中也用到低能沉积的方法．但是，沉积能量的提高式的转变．2002年，叶子燕和张庆瑜[8]采用分子动也会导致表面缺陷和溅射的产生，严重影响薄膜质力学模拟了低能Pt原子团簇的沉积，分析了不同量【，引．因此人们研究了沉积能量对薄膜生长的初始原子平均动能下的原子团簇的沉积演化过程影响，已经得到一些研究结果，如基体表面第一层及其对基体表面形貌的影响．Pereir

5、a和Silva【9]利和第二层原子增加的能量或沉积原子的平均能量用分子动力学模拟了Pd在Au(100)表面上的层状对薄膜生长的影响【6】．但是，根据文献【61的研究结沉积生长，分析了Pd薄膜内部的缺陷情况．2012t通讯作者．E-mail：enjoyyan~126．corn@2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．ac．c礼1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．12(2014)126801年，Hwang等[101和Gong等【1,12】研究了不同能量个晶胞，每层有16×18个原子，共分12层，以满下Cu团簇在si表面

6、的沉积．人们通过对入射能量足较低入射能量(蜀≤30eV)和较高入射能量(最)低于5eV时沉积薄膜的分子动力学模拟研究(蜀≥30eV)的模拟过程．发现：外延度和薄膜的平整度均随着入射能量的增加而增加[11,12】；对于Cu表面Al原子的沉积沉原子积原子能量对表面粗糙度的影响比入射角度的影响更大[13】；当Ei：3eV时，MgO薄膜的表面覆盖率最大【l4】．近年来，Jing等[15]和Cao等[16]通过对蜀≤10eV薄膜的生长过程的模拟研究，得到当沉积能量为10eV时出现界面原子混合，表面粗糙度随沉积能量的增加而增加．张宇军等[17]通过分子动力学模拟了入射能量对含氢类金刚石膜沉图1模拟中所采用

7、的晶体模型积过程的影响，通过分析得到最优沉积入射能量为50eV．黄晓玉等【18]通过研究0．1—2OeV的入射我们以Au在Au(111)表面的同质沉积作为研能量对Be原子同质沉积薄膜形貌结构的影响，得究对象．由于我们所关注的是低能原子的沉积行到过高的入射能量不利于减小薄膜表面的粗糙度，为，文献[6】指出，当入射能量在l0—1O0eV的范围内，尤其是当粒子能量不高出30eV太多时，有利0．1—5eV