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由于碳化硅薄膜具有很多优良的物理、化学性质和广泛的应用前景,对其生长机制和制备方法的研究一直是物理学和材料学领域的重要内容。实验工作者利用物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、液相外延生长(LPE)和分子束外延(MBE)等方法成功地制备了碳化硅薄膜,其中尤其以CVD方法较为常用,它的特点是生长温度低、生产批量大、薄膜均匀性好、易控制。
本文基于分子动力学方法,选用Brenner势描述碳原子之间的相互作用,选用Tersoff势描述硅原子及碳硅原子间的相互作用,模拟了化学气相沉积SiC薄膜的生长过程。首先对硅原子在Si(111)表面吸附过程进行了模拟,进而,对Si(111)表面化学气相沉积SiC薄膜的动力学过程进行了计算机模拟。
首先,模拟研究了不同入射能量下的Si原子在Si(111)表面不同入射位置的吸附过程。观察到了Si原子在Si(111)表面可能形成的吸附构型,以及衬底表面化学键的打开和入射Si原子与表面Si原子成键等物理过程。讨论了入射位置和入射能量对硅吸附结构的影响。模拟结果表明,Si原子相对于表面不同的入射位置发生不同的作用过程,入射能量的提高有利于入射原子与衬底成键,从原子尺度模拟了沉积机制。
其次,选取Si原子和C原子作为模拟SiC薄膜生长过程的沉积源,对碳化硅薄膜的生长过程进行了计算机模拟。主要从平均密度、近邻分布、键长及键角分布等几个方面讨论了入射能量及到达比(C/Si)对薄膜结构的影响。