團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬

團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬計算材料學(xué)課程設(shè)計電子科學(xué)與技術(shù)系2000級4班第三組電子004班第三小組1小組成員介紹編程：胡云明繁華郭劍川文本整理：孫義黃麗娜任靜李云艷沈文彬李闖團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組2引言薄膜材料日益重要的地位提高薄膜質(zhì)量研究工藝條件參數(shù)對成膜的影響計算機(jī)技術(shù)的成熟計算模擬材料的結(jié)構(gòu)來了解個參數(shù)變化對成膜的影響。團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組3薄膜生長理論模型（1）團(tuán)簇：介于原子和固體之間的一個中間體，是相對穩(wěn)定的亞微米觀集體?？梢钥闯墒嵌喾N物質(zhì)由原子向大物質(zhì)轉(zhuǎn)變的特殊相。將團(tuán)簇視為粒子隨機(jī)性濺射在襯底上。粒子受晶格約束條件可用網(wǎng)格來描述。以二維點陣反映粒子的位置。且粒子始終位于所在的某個點陣的坐標(biāo)處，粒子坐標(biāo)取整數(shù)值。團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組4薄膜生長理論模型（2）粒子之間的作用勢采用材料物理中時常使用的Morse勢即：為編號為i,j兩粒子之間的距離；D和分別為相互作用勢的范圍。粒子在襯底上的運動分為：（1）吸附（2）擴(kuò)散（3）蒸發(fā)（本次模擬說采用物理吸附，而對蒸發(fā)沒有涉及）團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組5薄膜生長理論模型（3）模型中，每次有一個粒子隨機(jī)的落在襯底上，若粒子落到第二層上則根據(jù)下落位置按照一定概率擴(kuò)散到襯底上如圖示：團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組首先考慮其最緊鄰的1，2，3，4格點，選擇可以使系統(tǒng)能量最低的點擴(kuò)散，若4個點已經(jīng)填占，則選擇5，6，7，8格點的能量最低位進(jìn)行擴(kuò)散，如是類推。直到找到空隙擴(kuò)散到相應(yīng)的格點位置形成新的團(tuán)。815427366模擬過程建立100x100的格點隨機(jī)產(chǎn)生粒子位置，并在圖形中顯示。出現(xiàn)粒子在同一個位置的時候?qū)υ摿Ｗ又車淖罹o鄰原子進(jìn)行比較，其填隙方式由于對稱則有一下兩種，即位置從1－2－3－4，或者1－3－2－4。依次判斷該位置是否有粒子，如無則擴(kuò)散進(jìn)該位置。最近鄰已被填充則考慮次緊鄰位置，同理。團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組7模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組n=1000時的圖樣8模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組n=2000時的圖樣9模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組n=3000時的圖樣10模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組n=4000時的圖樣11模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組n=5000時的圖樣12小結(jié)當(dāng)粒子數(shù)增多時結(jié)團(tuán)的數(shù)目顯著增加了。而在最后幾乎趨向于飽和。原因主要時由于采取的二維模型，落在第二層上的粒子被取消重落讓其在第二層上擴(kuò)散直至躍遷到第一層，所以在這種情況下所有沉積的粒子均用于第一層上的成膜，因此最后會趨近飽和。團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組n=5000時的圖樣13思考及改進(jìn)（1）團(tuán)簇的半徑是不確定,模擬時把其當(dāng)作粒子來對待與實際出入較大.團(tuán)簇會出現(xiàn)融合，而后半徑和體積重心都會隨之改變團(tuán)簇的濺射不是每個粒子都是隨機(jī)的濺射上去的，除第一個滿足沉積條件的粒子有一定的隨機(jī)性以外，其他的只能在一定位置上停留下來，這些位置符合晶格結(jié)構(gòu)約束條件。團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組14思考及改進(jìn)（2）以二維圓面代替團(tuán)簇，隨機(jī)的產(chǎn)生圓心坐標(biāo)及可能的團(tuán)簇半徑顯示在圖形上。并存儲到數(shù)組中。再產(chǎn)生的團(tuán)簇時與遠(yuǎn)數(shù)組中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較實現(xiàn)團(tuán)簇的融合與長大。及計算兩個近鄰團(tuán)簇之間的距離與兩個團(tuán)簇的半徑比較，當(dāng)其相切時則融合成一個團(tuán)簇，由體積不變來確定其新的半徑，圓心則由兩個圓心的相對位置確定團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組15思考及改進(jìn)（3）相應(yīng)的公式為：半徑R圓心：X=X1+(X2-X1)×R23/(R13+R23)Y=Y1+(Y2-Y1)×R23/(R13+R23)團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組16改進(jìn)后參數(shù)設(shè)置參數(shù)：格點數(shù)500x500a＝2T＝300k考慮Morse勢中作用范圍a的取值對模擬圖樣的影響,不同的a值對應(yīng)不同的作用范圍a=2時與a=6時薄膜的形貌有較大的區(qū)別,a=2時沉積的粒子十分分散,不易形成團(tuán)生長,故選擇a=6時進(jìn)行模擬.團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組17改進(jìn)后模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組a=6n=1000延時為1ms18改進(jìn)后模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組a=6n=2000延時為0ms19改進(jìn)后模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組a=6n=3000延時為0ms20改進(jìn)后模擬圖樣團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組a=6n=4000延時為0ms21成團(tuán)個數(shù)與粒子數(shù)變化規(guī)律團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組成團(tuán)個數(shù)隨沉積粒子數(shù)變化規(guī)律：理論圖樣：22成團(tuán)個數(shù)與粒子數(shù)變化規(guī)律團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬電子004班第三小組實際matlab模擬圖樣顯示23結(jié)語

以上綜述運用蒙特卡羅(MonteCarlo)方法模擬團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的生長。計算模擬研究了薄膜生長的機(jī)理，給出了微觀生長過程的詳細(xì)圖象。成團(tuán)粒子數(shù)變化規(guī)律說明隨著粒子的增加多層生長所占比逐漸增加。團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算模擬24感想團(tuán)簇納米結(jié)構(gòu)薄膜的計算