بخشی از مقاله
چکیده
با استفاده از روش رونشست مایل، رشد حجمی یک لایه نازک شبیه سازی شده است. پوشش سطحی که یکی از پارامترهای مهم در پدیدهی رشد میباشد، مورد مطالعه قرار داده شده است.
-1 مقدمه
شبیه سازی رایانه ای رشد لایه نازک به دلیل اینکه درک بهتری از فرایند رشد فراهم میآورد، حائز اهمیت است. پارامترهایی در شبیه سازی مورد مطالعه قرار میگیرند که بررسی آنها از طریق آزمایش پیجیده است.[1]
وقتی که اتم های بخار به سطح زیرلایه می رسند، با یک تابع انرژی پتانسیل که از انرژی اضافی نوارهای آزاد اتم ها روی سطح ناشی میشود، مواجه میشوند.
اتم های فرودی که در این پتانسیل می نشینند، در حالت جذب فیزیکی هستند و آزادی نسبی برای حرکت در طول سطح را دارند؛ در طول سطح پخش میشوند و اگر انرژی کافی برای گذر از سد پتانسیل را داشته باشند با زیرلایه پیوند برقرار کرده و روی سطح ثابت می شوند
احتمال گذر از سد پتانسیل به انرژی ذرات در سطح و به اندازه سد پتانسیل که خود به جنس زیرلایه، فیلم و هندسه مکانی بستگی دارد، وابسته است. برای هر ترکیبی یک احتمال بسیار کوچک وجود دارد که ذرات از سطح دوباره تبخیر شوند. وقتی که ذرات در روی زیرلایه پخش می شوند، در حالت جذب فیزیکی به سوی هم جذب می شوند تا به صورت یک هستک1که شامل تعداد کمی از اتم ها می باشد،درآیند. این هستک نسبت بزرگی از سطح به حجم دارند و در نتیجه احتمال زیادی برای دوباره تبخیر شدن این هستک ها وجود دارد.
همان طوری که اندازه هستک ها بزرگ میشود احتمال دوباره تبخیر شدن کاهش یافته تا در یک اندازه بحرانی، هستک ها بیشتر دوست دارند که روی سطح باشند تا تبخیر شوند. در واقع اولین مرحله رشد فیلم با حرکت ذرات روی سطح و تشکیل هستک ها که در حال بزرگتر شدن از مقدار بحرانی هستند انجام می گیرد. زمانی که سطح با هستک های فوق بحرانی پوشیده میشود، بسیاری از ذرات روی سطح باقی می مانند، چگالیده شده و ایجاد لایه نازک می کنند. رشد ادامه پیدا می کند در حالی که هستک ها برای پوشش بقیه سطح زیرلایه توسعه پیدا می کنند. تدریجاً هستک ها شروع به تماس با یکدیگر می کنند و مرحله بهم پیوستن جزایر2روی سطح شروع میشود.
لایه نشانی زاویه مایل3 براساس روش رونشست بخار فیزیکی است که در آن ذرات فرودی تحت زاویه ای مشخص نسبت به بردار عمود بر سطح به سمت زیر لایه فرود می آیند
-2 توصیف مدل
مدل شبیه سازی شبکه مکعبی به ابعاد با شرایط مرزی تناوبی می باشد که کد برنامه به زبان فرترن 90 زیر نظر استاد فقیدم آقای دکتر رضا ثابت داریانی نوشته شده است. در این مدل رشد ساختار در راستای محور z میباشد. در مرحله اول کار با استفاده از روش رونشست زاویه مایل و گامهای تصادفی مونت کارلو به شبیه سازی ساختار ستونی انجام شده است. مدل به کار رفته برای رشد، رونشست بالستیک4 میباشد. شار ذرات فرودی تحت زاویهای نسبت به بردار عمود بر سطح به سمت زیرلایه فرود میآیند. دو عامل فیزیکی، خود سایه اندازی و محدودیت در تحرک پذیری ذرات فرودی باعث گردیده ساختارهای حاصل از این روش به صورت ستونهای مجزا با اشکال مختلف که با فضاهای خالی از هم جدا شدهاند، در جهت فرود ذرات رشد یابند.
بعد از قرارگیری ذره فرودی روی سطح زیرلایه، ذره شروع به پخش5 به اولین همسایگی اشغال نشده نقطه فرود می نماید. مرحله پخش تا زمانی تکرار می شود که تعداد پرشها - - 6 به تعدادی برسد که توسط معادله - 1 - محاسبه میشود.
در رابطه فوق a ثابت شبکه و d طول پخش و تعداد گام های مجاز برای ذره است.
البته اگر ذره در حال پخش قبل از رسیدن به گام ام به ذره دیگری برخورد کند، به یکدیگر متصل شده و در جای خود ثابت می شوند و تشکیل یک جزیره7دو ذره ای را می دهند. این امکان نیز وجود دارد که ذره در حال پخش به یک جزیره در حال رشد برسد که باز هم در جای خود ثابت شده و جزئی از جزیره خواهد شد. در غیر این صورت ذره پس از پایان گام ایستاده و تبدیل به یک تک ذره ای8 می گردد.بعد از توقف یک ذره، ذره دیگری خلق شده و طی این روند جزایر دو بعدی با اندازه های مختلف تشکیل می شوند که کاملاً تصادفی روی سطح زیرلایه پخش شده اند. بعضی از این جزایر در حین رشد به جزایر دیگر چسبیده و جزایر بزرگتری را تشکیل می دهند.
-3 نتیجه و بحث
شکل1، برشی از ساختارهای رشد یافته را برای سه زاویه فرود متفاوت نشان می دهد. از روی شکلها می توان به خوبی اثری که پدیده سایه اندازی بر میزان پوشش سطحی ساختار می گذارد را بوضوح مشاهده کرد. از سوی دیگر با زیاد شدن زاویه فرود ذرات، پوشش سطحی کم شده و پدیده سایه اندازی براحتی مشاهده میگردد.
