晶体相场模型在异质外延中的应用现状.pdf

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1、晶体相场模型在异质外延中的应用现状／李尚洁等·137·晶体相场模型在异质外延中的应用现状李尚洁，陈铮，负江娟(西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072)摘要晶体相场模型作为一种新的模拟技术，较之传统的模拟方法(如分子动力学和标准相场模型)具有突出的优势，能够在原子长度尺寸和扩散时间尺度上模拟材料微观结构的演化过程。晶体相场模型在异质外延中的应用已取得很大进展。简述了纯物质和二元合金晶体相场模型，并且综述了晶体相场模型在异质外延中的研究现状，指明该模型的进一步研究方向及在外延薄膜中的应用。关键词晶体相场模型异质外延薄膜材料微观结构演化中图分类号：TN304．0文献标识码：AAppl

2、icationStatusofPhaseFieldCrystalModelintheHeteroepitaxyLIShangjie，CHENZheng，YUNJiangjuan(StateKeyLaboratoryofSolidificationProcessing，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072)AbstrateComparedwithtraditionalsimulationmethodssuchasmoleculardynamicsandstandardphasefieldmodel，phasefieldcrystalmo

3、del，anewmodelingtechnique，hasdistinctadvantagesovertraditional，whichisthatthisformulationallowsadescriptionofmaterialmicrostructureevolutionondiffusivetimescalesandinteratomiclengthscales．Applicationofphasefieldcrystalmodelintheheteropitaxyhasmadegreatprogress．Thepuresub—stancesandbinaryalloysphase

4、fieldcrystalmodelandorganizestheresearchshapeinheteroepitaxialofphasefieldcrystalmodelarebrieflydescribed．Thefurtherresearchdirectionandapplicationprospectofthemodelinepitaxialthinfilmsarepointedout．Keywordsphasefieldcrystalmodel，heterepitaxy，thinfilmmaterial，microstructureevolution异质外延是指在衬底材料上沉积生长

5、另一种薄膜材料能力的空前提高为材料的计算机模拟提供了理论基础和技的过程。薄膜材料具有独特的光、电、磁性能，并且其表面效术保障。模拟技术为研究薄膜生长及其结构演化提供了十应十分明显，这种表面效应对于各种半导体元器件的集成化分有效的手段，并在很大程度上弥补了现有薄膜分析测试技具有重要意义。近年来薄膜技术的快速发展极大地促进了术的不足，尤其是晶体相场模拟方法在微结构模拟中有很多微电子技术在各领域的应用。薄膜的研究和开发为新型交优点。叉学科(微电子、光电子等)的发展提供必要的材料基础。因本文将从晶体相场的建模入手，分别阐述纯物质晶体相此，如何获得高质量的外延薄膜是当今世界的重要课题。如场模型(PFC

6、mode1)和二元合金晶体相场模型，并指出该模今，薄膜材料正在向综合型、跨学科方向发展，它必将对整个型相对其他模拟方法的优点，综述晶体相场模型在异质外延材料研究发展起到更大的推动和促进作用。模拟中取得的成果，并且简要介绍晶体相场模型的发展方向在实际工程应用中，薄膜材料及其功能器件的使用性能及该模型模拟异质外延过程的应用前景。强烈地依赖于薄膜中的晶体点阵缺陷结构，过多的位错会使1晶体相场模型薄膜的性能显著降低，而且随着薄膜器件特征尺度的不断缩小，薄膜结构对器件性能的影响也变得更为突出。因此，充1．1晶体相场模型的提出分理解薄膜的生长机理及其结构缺陷的形成机制对生产高如前所述，在实验基础上研究材

7、料的微观结构已不能完质量半导体薄膜有重要的指导作用。然而，在现有实验基础全满足日益发展的高科技社会。伴随着计算机技术的发展，上研究薄膜的微纳观结构，不能从原子尺度深入地理解薄膜数值模拟技术在一定程度上有效弥补了实验研究的缺缺陷结构的形成机理。陷

8、1]。近年来提出很多连续模型描述晶体生长和固液相转近年来，现代科学(量子力学、统计物理、固体物理、量子变，其中最简单的就是Halperin等_3提出的研究固液相转变化