Исследование процесса роста металлических кластеров на поверхности кристаллов методом молекулярно-динамического моделирования

• Автор: Москалёв, Дмитрий Вячеславович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 83 с. : ил.

Глава 1. Рост кластеров на дефектах кристаллической подложки (Литературный обзор)

Глава 2. Эволюция структуры нанокластера металла на поверхности кристалла

2.1 Моделирование роста однокомпонентного кластера на поверхности кристалла

2.1.1 Методика моделирования

2.1.2 Моделирование на основе потенциала Морзе

2.1.3 Моделирование на основе потенциала Леннарда-Джонса

2.2 Моделирование роста и отжига двухкомпонентного нанокластера на поверхности кристалла

2.2.1 Рост двухкомпонентного кластера

2.2.2 Исследование расслоения компонентов при отжиге

Выводы к главе

Глава 3. Влияние поверхностных вакансий ионных кристаллов на ориентацию кластеров

3.1 Моделирование влияния вакансий на ориентацию кластеров Аи на поверхности (111)CaF2
3.1.1 Экспериментальные данные по ориентации дискретных наноструктур на поверхности (111) CaF2
3.1.2 Методика моделирования
3.1.3 Расчет отношений энергии связи кластера с подложкой
3.2 Рост кластеров золота на поверхности кристаллов NaCl
Выводы к главе
Глава 4. Плотность насыщения и ориентация дискретных наноструктур на ионных кристаллах

4.1 Система кинетических уравнений
4.2 Сравнение с экспериментом
Выводы к главе
Основные результаты и выводы
Литература
Приложение: Программа «Кластер»

Актуальность темы. Интерес к наноструктурам связан как с проявлением размерного эффекта, так и с их применением в наноэлектронике, оптике, гетерогенном катализе, для получения функциональных покрытий с высокой прочностью и термостойкостью и т.д. Физика и технология тонких плёнок сейчас бурно развиваются, что обусловлено широким использованием тонких плёнок в ряде технологий (например, при изготовлении полупроводниковых приборов, интегральных схем и уникальных объектов исследований). Поэтому исследования закономерностей формирования тонких плёнок на данный момент очень актуальны. Успехи физики тонких плёнок отражены в монографиях, сборниках, справочниках [1-9].
Один из путей создания дискретных наноструктур - вакуумная конденсация из паровой фазы, поскольку при реализации соответствующего механизма роста сконденсированной фазы имеется возможность формирования дискретных наноструктур на поверхности твердого тела. Дискретные наноструктуры на поверхности твердого тела как начальные стадии роста пленок, безусловно, во многом определяют их субструктуру и на стадии наступления сплошности. Для получения наноразмерных гетероструктур с необходимыми свойствами и выбора технологических режимов их производства необходимы знания о закономерностях возникновения, морфологии и структуры отдельных нанокластеров.
Вакуумная конденсация металлов на сколы ионных кристаллов широко используется для изучения закономерностей зарождения и роста тонких пленок по механизму Фольмера и Вебера. Установлено, что увеличение плотности точечных дефектов кристаллической подложки (вакансий, примесных атомов) приводит к увеличению плотности насыщения островков и, как правило, улучшению их эпитаксиальной ориентации. Влияние точечных дефектов - активных центров зарождения - на кинетику

Результаты расчетов свидетельствуют о возможности дискриминации двойниковой ориентации кластеров золота на идеальной поверхности (111) флюорита. Дискриминация обусловлена тем, что чередование анионных и катионных плоскостей (111) в структуре CaF2 приводит к различному расположению ближайших к кластеру атомов подложки в нормальной и двойниковой позициях.
Таблица 3.1. Относительная разница в энергии связи атома в кластере на идеальной подложке в нормальной и двойниковой позициях по отношению к CaF2.
d,/d2 (En — Ed)/En
1.0/0.8 0,1725
1.0/0.7 0,1701
1.0/0.6 0,1771
1.0/0.5 0,1631
1.0/0.4 0,1575
1.0/0.3 0,1489
1.0/0.2 0,1342
Но дискриминация двойниковой ориентации кластеров Аи на идеальной плоскости (111) СаР2 не объясняет наблюдаемую экспериментально дискриминацию 180° позиций “треугольных” островков в пределах одной поверхности скола, поскольку расчеты показывают, что в нормальной позиции энергетически разрешены оба азимута (рис.3.2). При расколе кристаллов СаР2 неизбежно образование анионных вакансий в поверхностных слоях, поэтому имеется основание рассматривать зарождение кластеров на активных центрах конденсации - вакансиях. На рис.3