Кинетика атомных преобразований кристаллической поверхности при эпитаксиальном росте и сопутствующих процессах (моделирование)

• Автор: Яновицкая, Зоя Шмеровна
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 394 с. : ил

* ОГЛАВЛЕНИЕ

V ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Метод Монте-Карло и имитационные модели эпитаксиального

роста

1.1. Метод Монте-Карло

1.2. Структура программ для имитационного моделирования процессов

эпитаксии, отжига или химических реакций

1.3. Датчики случайных чисел

1.4. Вероятности элементарных событий

1.4.1. Энергии активации адсорбции и десорбции

1.4.2. Энергии активации поверхностной атомной диффузии
1.4.3. О поверхностных структурных перестройках
1.5. Имитация технологического процесса
1.6. Хранение и обработка результатов вычислений
1.7. Модель кристалла Косселя и её применение к исследованию
, поверхностных атомных процессов

1.7.1. Особенности развитой в нашей работе БОЗ-модели эпитаксии
на поверхности кристалла Косселя
1.7.2. Параметры ЗОв модели
1.7.2.1. Исходная конфигурация поверхности
1.7.2.2. Параметры модельного кристалла
I 1.7.2.3. Параметры модельного процесса
| 1.7.3. Границы применимости модели
1.7.4. Организация вычислительной работы и выходные данные
1.8. Трехмерные модели эпитаксиального роста на поверхностях (111)
и (001) алмазоподобных кристаллов
1.8.1. Алгоритмы для трехмерных моделей
1.8.2. Параметры трехмерной модели
1.8.2.1. Исходная поверхность
'Г 1.8.2.2. Параметры модельного кристалла
1.8.2.3. Параметры модельного процесса
1.8.3. Демонстрационно-аналитические возможности интерфейса
трехмерных моделей
1.9. Модели химических реакций
1.10. Заключение и выводы главы
ГЛАВА 2 Зависимость морфологии растущего слоя от параметров
межслойного атомного обмена
2.1. Основные представления о модах роста на кристаллической
поверхности
2.2. Моделирование роста и параметры межслойного атомного обмена
2.3. Результаты моделирования
2.3.1. Фазовая диаграмма для различных мод роста
2.3.2. Границы переходной области фазовой диаграммы
2.3.3. Зависимости восходящих и нисходящих атомных потоков от параметров межслойного обмена
2.3.4. Причины смены механизмов роста с увеличением осажденной дозы
2.4. Заключение и выводы главы
ГЛАВА 3 Зарождение двумерных и трехмерных островков на начальной
стадии роста эпитаксиального слоя
3.1. Двумерное зарождение
3.1.1. Теоретические представления о критическом зародыше
3.1.2. Методика анализа системы островков
3.1.3. Результаты моделирования
3.1.3.1. Плотность адатомов и двумерных островков
3.1.3.2. Квазиравновесные условия
3.1.3.3. Зависимость распределения островков по размерам от времени осаждения и определение размеров критического зародыша
3.1.3.4. Зависимость плотности островков от размеров критического зародыша
3.2. Трехмерное зарождение
3.2.1. Теоретические представления о втором критическом размере двумерных островков
3.2.2. Результаты моделирования
3.2.2.1. Зависимость критических размеров двумерных островков
от параметров межслойного атомного обмена
3.2.2.2. Зависимость распределения островков по размерам
от номера атомного слоя
3.3. Влияние анизотропии поверхностной диффузии на двумерное
зарождение на гладкой и ступенчатой поверхности
3.4. Заключение и выводы главы
ГЛАВА 4 Осцилляции шероховатости поверхности в процессе
эпитаксиального роста
4.1. ДБЭ-осцилляции в процессе эпитаксиального роста
(экспериментальные данные)
4.2. Осцилляции шероховатости поверхности в модельных исследованиях
(литературные данные)
4.3. Результаты моделирования
4.3.1. Зависимости начальной амплитуды осцилляций от условий осаждения
4.3.2. Период осцилляций и время осаждения монослоя
4.3.2.1. Увеличение первого периода на гладкой поверхности
4.3.2.2. Изменение периода осцилляций на вицинальной поверхности
4.3.3. Затухание осцилляций в одном ростовом процессе
4.3.3.1. Затухание осцилляций шероховатости поверхности при эпитаксии на плоской поверхности
4.3.3.2. Ускоренное затухание осцилляций при эпитаксии на вицинальной поверхности
4.3.3.3. Затухание осцилляций при наличии барьеров Швебеля

% соотношений, руководствуясь физическими представлениями о происходящих
явлениях.
1.2 Структура программ для имитационного моделирования процессов эпитаксии, отжига или химических реакций
Программа, имитирующая процессы на поверхности кристалла, должна содержать три блока. Первый задаёт модельный кристалл, т.е. начальное расположение атомов в кристалле и вероятности всех изменений этого 9 расположения при перемещении, исчезновении или появлении атомов. Второй
представляет собой расчётную программу, с помощью которой осуществляется большое число перемещений отдельных атомов, происходящих в заданном кристалле при заданных условиях с соответствующими вероятностями. Третий позволяет увидеть преобразования, происходящие в модельном кристалле, а также получить численные характеристики этих преобразований. Как видно, структура программы напоминает комплекс экспериментальных установок, 1$ дающих возможность приготовить образец, провести заданный технологический
процесс и проанализировать полученные результаты. Нам представляется актуальной задачей создание программных средств, позволяющих максимально приблизить имитационные расчёты к реальным ситуациям. Желательно, чтобы модельный кристалл «вел себя» адекватно реальному кристаллу в аналогичных условиях. Тогда моделирование позволит, с одной стороны прогнозировать результаты экспериментальных исследований и сокращать экспериментальные поиски путей для достижения желаемых результатов, а с другой - выяснять причины новых явлений и предсказывать их.
Наиболее важной частью этой работы является создание физикохимической модели реальной системы, включающей максимальное количество сведений о характеристиках реальной подложки и деталях поверхностных атомных процессов, т.к. возможности вычислительной техники и методы ф программирования, на наш взгляд, уже не являются узким звеном на пути
создания адекватных имитационных моделей. Чаще всего оказывается, что из