بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله مرحله هسته بندي و رشد حجمی نانو ساختار لایه نشانی شده با استفاده از روش زاویه مایل شبیه سازي شده است. در مرحله هسته بندي و رشد حجمی اثر تغییرات یکی از مهمترین پارامترهاي رشد یعنی دماي زیرلایه براي نانو ساختارها بررسی شده است. در دماهاي پایین به دلیل وجود پدیده پخش سطحی و تحرك پذیري ذرات، رشد ذرات بصورت ساختارهاي ستونی باریک و جدا از هم دیده می شوند.
واژههاي کلیدي :مدل منطقه اي ساختار، دما، سایه اندازي، پخش سطحی.
مقدمه
امروزه بررسی نانوساختارها ه شدت مورد توجه محققان قرار گرفته است. یکی از روشهاي رشد نانو ساختارها که ساختارعاي مختلف با کاربردهاي متنوع ایجاد می کند روشGLAD1 می باشد. که با ترکیب رونشست زاویه مایل 2و کنترل زیر لایه می باشد. با استفاده از این روش می توان نانو ستونهایی در اندازه ﻫﺎي مختلف ایجاد کرد. GLAD از فرآیندهاي رونشست تبخیر فیزیکی است که در آن هندسه منبعα و زیر لایه کنترل می شود . این کنترل باچرخش زیر لایه حول دو محور، یکی عمود بر سطح زیر لایه - زاویه - و دیگري در راستاي زیر لایه - - و عمود بر شار ذرات فرودي انجام می گیرد. ساده ترین نانوستونها توسط نشست مایل ایجاد می شود در آن α ثابت و زاویه Φ در نظر گرفته نمی شود. در این رو ش از طریق اثر سایه اندازي در هنگام رشد، ساختارهاي ستونی تولید میشوند.
در همین رشد، اثر سایه اندازي و پخش سطحی وجود دارد . اثر سایه اندازي وابسته به زاویه رونشست و باعث ایجاد تخلخل در نانوساختار ستونی می گردد. از طرف دیگر پخش باعث کاهش تخلخل و باعث همواري سطح می گردد. پارامتر پخش سطحی توسط دما، ناخالصی و ساختار مواد کنترل می شود.
تابع انرژي پتانسیل زیر لایه ناشی از انرژي اضافی باندهاي آزاد اتمهاي روي سطح است یک چاه پتانسیل کوچک در فاصله کمی از سطح وجود دارد. اتم وارده در این پتانسیل می نشیند. اتم در این حالت آزادي نسبی دارد که در سراسر سطح حرکت می کند. این حرکت پخش سطحی نام دارد . انرژي بستگی در تمام سطح یکی نیست و ذره جذب شده همیشه تمایل به اشغال حالتی با کمترین انرژي را دارد. بنابراین ذره همیشه در مکانی به حالت جذب فیزیکی جایگزیده می شود و براي گذار به مکان مجاور باید بر سد پتانسیل معینی غلبه کند.
اسمیت و همکاران با تغییر زاویه شار فرودي ذرات تغییراتی در جهت و اندازه ساختار لایه نازك مشاهده کرد. و اثر سایه اندازي را براي این تغییرات پیشنهاد کرد. ناحیه اي پشت ساختارها، از ذرات به دلیل سایه ساختار ایجاد شده، خالی می ماند. بدیهی است که با افزایش زاویه نواحی سایه بیشتر می شود.
ساختار ستونی به وسیله مووچن و دمچشین گزارش شده استαکه لایه هاي نازك اکسید فلزي بسته به نسبت دماي زیر لایه T ﺑﻪ نقطه ذوب در قالب مدل منطقه اي ساختار 1 - SZM - پیشهاد شده است سه منطقه متفاوت در محدوده دماهاي مختلف با میکروساختارهاي زیر ظاهر می شود: به ترتیب در منطقه اولmستون هاي باریک با قله هاي گنبدي، در منطقه دوم ستون هاي قطور در حالی که سر ستون ها هموار می گردد و در منطقه سوم ساختاري متراکم مشاهده می شود.
در سال 2013 گال و همکارانش طی یک مقاله مروري روي شکل نانو ساختارهایی به طور تجربی در زوایا و دماهاي مختلف انجام شد بیان کردند که مدل SZM داراي محدودیتهایی است و نمی تواند تمام ساختارهاي GLAD را توصیف کند. -2 شرح مدل 300 × 300 × 300 با شرایط مرزي تناوبی می باشد. کد برنامه به زبان فرترن نوشته شده است. هر ذره مدل شبیه سازي شبکه مکعبی ساده به ابعاد فرودي در ابعاد ثابت شبکه بوده و وارد شدن ذرات فرودي به نقاطی از شبکه که قبلا توسط ذره اي اشغال شده اند، ممنوع می باشد.
در هر مرحله یک ذره از نقطه اي که بصورت تصادفی در صفحه اي در ارتفاع h بالاتر از سطح زیر لایه روي مسیر مستقیم تحت زاویه α نسبت به سطح نرمال سطح، روي زیر لایه فرود می آید. بعد از قرارگیري ذره فرودي روي سطح زیر لایه، ذره شروع به پخش به اولین همسایگی اشغال نشده نقطه فرود، می نماید. رشد از زمانی آغاز می شود که اولین ذرات از شار فرودي به لایه رسیده و روي زیر لایه ثابت می شوند .
در مرحله ابتدایی رشد ذرات هنگام فرود با سطح صاف زیر لایه روبرو می شوند. ذرات در برخورد با سطح زیر لایه در حالت جذب فیزیک قرار می گیرند. بعضی از اتمها داراي انرژي کافی براي پشت سر گذاشتن سد پتانسیل نیستند. لذا پیوند شیمیایی با اتمهاي سطح برقرار کرده و ثابت می شوند. بقیه ذرات شروع به پخش سطحی می نمایند. در هنگام پخش، این ذرات با ذراتی شبیه خود برخورد کرده و هستکهایی را تشکیل میدهند. یا با احتمال محدودي باز تبخیر می شوند. که به دلیل پیچیدگی موضوع از بازتبخیر صرفنظر شده است. در مراحل ابتدایی رشد یک هسته بندي دو بعدي منجر به تشکیل جزایري دوبعدي می گردد. در این الگوریتم نحوه طول پخش ومحاسبه آن بستگی به داي زیر لایه دارد.
