数值计算结果的分析与总结

本小节计算了在六边形网格基底上薄膜生长过程中岛尺寸情况。基底格点数选择为M×M=200×200，其他参数为：E_ff为0.375eV，E_fs为0.75eV，E_L为0.15eV。首先研究的是沉积速率F对薄膜生长过程的影响，基底温度选择为300K，覆盖度为0.15，不同沉积速率情况下薄膜的形貌计算结果如图4-3a～e所示。

图4-3 不同沉积速率情况下薄膜的形貌

a）F=0.00001ML/s b）F=0.00005ML/s c）F=0.0001ML/s d）F=0.0005ML/s e）F=0.001ML/s

从图4-3中可以看出，在相同基底温度及覆盖度的情况下，随着沉积速率的降低，薄膜中岛的形貌经历了从分形岛到紧致岛的变化过程。当沉积速率为0.001ML/s时，岛呈现分散生长，岛的个数为562个；当沉积速率为0.0005ML/s时，岛仍然为分散生长，岛的个数为450个；当沉积速率为0.0001ML/s时，岛开始团聚为紧致岛，岛的个数为260个；当沉积速率为0.00005ML/s时，岛进一步团聚，岛的个数为224个；当沉积速率为0.00001ML/s时，岛的形貌已经具有六边形的形状，岛的个数为126个。这种变化趋势与试验结果^[9]相符。

其次，研究了基底温度对薄膜生长过程的影响，此时沉积速率F选择为0.0005ML/s，覆盖度θ为0.3，所得的计算结果如图4-4a～f所示。从其中可以看出，随着基底温度的升高，薄膜生长过程中岛的形貌也经历了从分形岛到紧致岛的变化过程。当温度T=250K上升为T=270K，分形岛的枝簇变大，当温度T=290K上升为T=310K时，岛进一步团聚，呈现拟分形生长，当温度升高到T=330K时，岛的形貌完全变为紧致岛，随着温度的进一步升高，岛的形貌没有太大变化，只是岛的尺寸变大。这不仅与试验结果^[9，10]相符，而且与其他的模拟方法得到的结论一致^[1，3，4]。

图4-4 不同基底温度情况下薄膜的形貌(www.xing528.com)

a）T=250K b）T=270K c）T=290K d）T=310K e）T=330K f）T=350K

最后，我们研究了薄膜的生长过程随着覆盖度θ变化的情况，此时的基底温度选择为T=300K，沉积速率F为0.0005ML/s。所得到的计算结果如图4-5a～f所示。

从图4-5中可以看出，在给定的这种生长条件下，薄膜的生长过程分别经历了吸附原子、临界岛的形成、原子团的长大、迷津结构的形成和连续成膜等几个阶段。这也与杨宁等^[4]应用Morse势的计算结果相一致。

由上面的研究可知，薄膜初期的整个生长过程可通过构造亚单层薄膜生长的蒙特卡罗模型来模拟，该模型中的三个动力学过程既是相互独立又是相互影响的。上述模型的模拟结果表明：在基底温度及覆盖度相同的情况下，沉积速率较高时形成分形岛，沉积速率较低时形成紧致岛；当沉积速率及覆盖度相同时，随着基底温度的升高，薄膜生长过程中岛的形貌从分形岛逐渐变为紧致岛。模拟结果与已有实验及应用Morse势的计算结果相一致。

图4-5 不同覆盖度情况下薄膜的形貌

a）θ=0.01 b）θ=0.04 c）θ=0.08 d）θ=0.1 e）θ=0.4 f）θ=0.8