【摘 要】
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本文利用Monte Carlo方法,结合薄膜生长理论,采用Turbo BASIC语言编写程序,对外延薄膜的生长过程进行了模拟。所用的模型为改进的扩散有限聚集模型(DLA),研究了薄膜生长过程
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本文利用Monte Carlo方法,结合薄膜生长理论,采用Turbo BASIC语言编写程序,对外延薄膜的生长过程进行了模拟。所用的模型为改进的扩散有限聚集模型(DLA),研究了薄膜生长过程中沉积速率和衬底温度对表面形貌的影响。通过模拟,获得了不同沉积速率及不同衬底温度的薄膜形貌,并且分析了不同条件下薄膜的生长模式。模拟发现,在T=500℃的情况下,当生长速率v=0.64ML/s时,薄膜以层状生长模式进行;当v=1.28ML/s时,是以层状和岛状混合生长模式进行;当生长速率为v=2.56或5.12ML/s时,薄膜就以岛状方式生长。在沉积速率较低(1.28ML/s)时,除了较低温度(T=300℃)外,在较高温度(T≥400℃)薄膜都可以按层状模式进行生长。通过对模拟数据进行处理,获得了不同沉积速率下,表面粗糙度与覆盖率之间的关系。当v=0.64ML/s和1.28ML/s时,粗糙度与覆盖率存在着周期性振荡关系。而当v=2.56或5.12ML/s时,粗糙度随覆盖率的增加一直增大。并且发现,在低生长速率情况下,边界长度与可活动原子数间存在对应的周期性振荡关系。当边界长度最小时,可活动原子数为最大;反之,可活动原子数为最小。对于较大生长速率时,边界长度开始迅速上升,达到临界值后,仍然会有增加,但趋势变得较为平缓。此外,本文通过反射式高能电子衍射(RHEED)监测了GaSb外延薄膜的生长,利用RHEED强度振荡的计算机采集系统实现了RHEED图像和RHEED强度振荡的实时监测。实验发现在400℃生长的GaSb薄膜为非晶态,温度升高到500℃薄膜转变为单晶。利用原子力显微镜对不同生长速率和衬底温度生长的GaSb薄膜的表面形貌进行观察分析,并与模拟结果进行比较。实验结果显示,生长速率大的薄膜更容易形成数量多的岛,而生长温度较高的薄膜表面形成的岛则很少。计算机模拟与这些相符合。
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