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随着电子信息业的发展,作为生产纳米尺度微电子器件的主要手段——薄膜生长,越来越受到人们的重视。因为薄膜生长是一种近乎于原子尺度的物理过程,其量子效应必然产生与传统体材料不同的光、电、磁,以及催化等性能,所以,为了便于人工控制其生长,从而制备出理想的纳米薄膜材料,对薄膜的生长过程及微观机制进行深入的研究,就成为一种必然。目前学界常用的研究方法有:一是实验上,利用扫描隧道显微镜(Scanning Tunneling Microscope,SCM)和原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)等直接观察薄膜生长行为；二是理论上,辅以计算机模拟来论证薄膜生长的微观机制。实际的薄膜生长是一种近似“黑箱”的过程,人们很难观察到它的全脉,借助计算机模拟,科研人员可以窥探薄膜生长的奥妙,揭开它的神秘面纱。
薄膜生长的计算机模拟,其价值在于:一是再现实验中无法观察到的某些过程；二是可以任意调整薄膜生长环境的各种参数,如温度、沉积速率、沉积粒子入射角等,模拟实验室无法具备的生长环境,从而掌握薄膜在不同环境下的生长机理；三是通过模拟,找到薄膜生长的最优化条件,从而有助于改善薄膜生长工艺。本文利用蒙特卡罗方法,在均匀平面衬底和纳米晶柱衬底上,模拟了不同衬底温度、沉积率对薄膜外延生长的影响。首先,构造400×400的正方格子作为均匀平面衬底,用DLC模型模拟了薄膜生长初期的二维凝聚核生长情况。结果表明,衬底温度、沉积率对成核的分布、分型、尺寸均有影响。随温度升高,粒子扩散能力增强,薄膜的生长经历了从分散到分形团簇的过程,相应的凝聚核密度下降,平均尺寸变大。薄膜生长经历了从凝聚成核到迷津结构,最后形成连续薄膜的过程。其次,考虑三维岛和层状生长的实际,模拟了衬底温度、沉积率对岛的生长影响,得到了不同环境下生长的三维模拟图。模拟结果显示,由于原子扩散要克服层间Ehrlich—Schwoebel(ES)势垒才能发生层间跳跃,衬底温度越高,扩散能力强,三维岛的高度越小,最终形成的薄膜也越光滑。最后,在400×400正方格子均匀平面上,均匀分布正方晶柱,构成纳米晶柱微结构衬底,模拟了微区结构、衬底温度对薄膜生长初期的影响。分析结果表明,薄膜形状受纳米晶柱结构调制；在晶柱顶端,晶柱的间距(疏密度)越小,薄膜相互粘连形成连续膜的进程越快,存在一个临界区域,当间距大于这个区域,薄膜越难粘连,连续成膜越困难；反之,当晶柱距离小于这个区域,就越容易发生粘连。温度较低的时候,由于扩散步长小,沉积原子可以在更小范围内耗尽能量停止扩散,一方面使得纵向生长快,使得薄膜表面粗糙；另一方面,由于阈值的阻止,原子容易在台阶旁边沉积凝聚,所以生长的团聚毛刺较多。温度越高,跨越台阶的能力就越强,这有利于形成光滑致密的薄膜。