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Al液滴在GaAs表面扩散行为的研究

Al液滴在GaAs表面扩散行为的研究

作者：黄延彬贵州大学

学位级别：硕士

由于独特的电磁和物理化学特性,纳米级金属体系结构在电子,Micro-Electro-Mechanical System(MEMS)设备、诊断、生物传感、光谱学和显微镜学领域越来越受到关注。在不同的自组织外延生长方法中,液滴外延生长的显着优势是它的灵活性,因... 详细信息

由于独特的电磁和物理化学特性,纳米级金属体系结构在电子,Micro-Electro-Mechanical System(MEMS)设备、诊断、生物传感、光谱学和显微镜学领域越来越受到关注。在不同的自组织外延生长方法中,液滴外延生长的显着优势是它的灵活性,因为它既适用于晶格不匹配的系统,又适用于晶格匹配的系统。自Koguchi等人的初期工作以来,在Ⅲ-Ⅴ族半导体上观察到了各种点状、环状、和孔状纳米结构。绝大部分先前已发表的工作都涉及由镓(Ga)或铟(In)液滴形成纳米结构,Al液滴扩散行为的研究鲜有报道,扩散过程中所形成得纳米结构的研究不仅将丰富我们对Ⅲ族液滴外延的知识,并有助于理解液滴外延生长的机理,铝是Ⅲ族金属中化学反应最强的元素,因此也会有相应独特的纳米结构产生。本文通过控制变量法,通过改变放置时间、砷压、衬底温度、源沉积速率的其中一个条件,对Al液滴在GaAs表面扩散行为的探究。(1)其它参数保持不变,通过改变在零砷压下的液滴放置时间(0s,120s,300s,420s,600s)观察Al液滴形貌变化。利用计算结果与实验结果进行分析后发现:在t=239 s时液滴熟化与扩散行为达到平衡,t=575 s为液滴消耗所需总时间,此时液滴高度下降,Al液滴向外的横向扩散转变为向下刻蚀衬底;(2)其它参数保持不变,通过改变衬底温度(480℃、510℃、540℃)观察Al液滴形貌变化。随着衬底温度升高,液滴密度逐渐减小,而液滴的尺寸与高度逐渐增大。还发现液滴液径与高度的比值随着温度的增加而减小,这表明相较于液滴扩散的各向异性,衬底温度对Al液滴在平面内的扩散影响更大;(3)其它参数保持不变,通过改变沉积速率(0.1 ML/s,0.17 ML/s,0.3 ML/s)观察Al液滴形貌变化,并详细分析了液滴的成核过程。在沉积量一定的情况下,液滴密度随着沉积速率的增大而增大,尺寸随着沉积速率的增大而减小。结合衬底温度对形成Al液滴的影响,通过拟合关系曲线得到Al液滴密度与衬底温度和液滴沉积速率的具体关系式:n=0.385×R×exp(2.58×10/kT)。

关键词： Al液滴衬底温度沉积速率表面扩散熟化砷压

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外部简谐噪声驱动的布朗粒子的表面扩散

外部简谐噪声驱动的布朗粒子的表面扩散

作者：丁丽萍华北电力大学

学位级别：硕士

无论作为内部噪声还是外部噪声,简谐噪声都已被广泛应用于各种物理情形中,得到了一些动力学特性。作为一种随机微分方程,朗之万方程在描述布朗粒子表面扩散和其它随机过程都取得了很大的成功。对于简谐噪声驱动布朗粒子在二维耦合周期... 详细信息

无论作为内部噪声还是外部噪声,简谐噪声都已被广泛应用于各种物理情形中,得到了一些动力学特性。作为一种随机微分方程,朗之万方程在描述布朗粒子表面扩散和其它随机过程都取得了很大的成功。对于简谐噪声驱动布朗粒子在二维耦合周期势中的表面扩散运动,用朗之万模拟来研究了扩散系数随各种参数的变化关系,分析得出了一系列关于扩散系数的物理特点并揭示了相应的物理机制。简谐噪声谱密度的中心频率和势阱底部的频率耦合,会产生扩散过程中的共振现象。内部噪声和外部噪声强度与势场力可比拟时,扩散系数与噪声的关系近似线性函数。这可用势场力的局域线性化近似来解释。和内部高斯白噪声驱动布朗粒子表面扩散一样,在低阻尼情况下,简谐噪声驱动的布朗粒子的表面扩散系数随阻尼系数的变化是一个单调递减的幂函数,形式为-D???。但是,低阻尼下有外部简谐噪声情况的幂函数的幂次绝对值大于1,而白噪声情况的幂函数的幂次绝对值小于1。上述结果可定性地解释为外部简谐噪声促进布朗粒子的表面扩散运动。在小内、外部噪声情形下,布朗粒子的表面扩散是跳扩散。对于x,y方向独立的外部简谐噪声和内部白噪声情形,朗之万模拟表明,二维耦合周期势中的表面扩散与较大噪声强度下定性相同,但有差别。表现为扩散系数随噪声强度的变化不再是近似线性关系,扩散系数随阻尼系数的变化偏离通常的幂律关系。用扩展的Kramers逃逸理论解析计算了扩散系数。结果与数值模拟定性相同,定量的比较还应考虑势场的细致结构。

关键词：表面扩散布朗粒子简谐噪声朗之万模拟逃逸率

力、电场诱发表面扩散下压电薄膜晶内微裂纹的演化

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力、电场诱发表面扩散下压电薄膜晶内微裂纹的演化

作者：王永璞南京航空航天大学

学位级别：硕士

在压电薄膜微元器件集成化、微型化和精确化的发展趋势下,人们对其可靠性提出了更高的要求。制备和使用过程中存在的微裂纹等微观结构缺陷限制了压电薄膜的大规模应用,相关质流失效问题仍待进一步研究。本文在微结构演化动力学理论框架... 详细信息

在压电薄膜微元器件集成化、微型化和精确化的发展趋势下,人们对其可靠性提出了更高的要求。制备和使用过程中存在的微裂纹等微观结构缺陷限制了压电薄膜的大规模应用,相关质流失效问题仍待进一步研究。本文在微结构演化动力学理论框架的基础上,建立了力电诱发表面扩散下晶内微裂纹演化的有限单元法,对压电薄膜晶内微裂纹的形貌演化过程进行数值模拟,为微压电元件的设计与制备提供依据。主要内容如下:基于表面扩散与蒸发-凝结的经典理论及其弱解描述,推导应力场和电场诱发表面扩散下微裂纹形貌演化的有限单元控制方程,并采用FORTRAN语言编制相应的有限元程序。通过与理论解对照,验证该数值方法的可靠性。对应力场诱发表面扩散下压电薄膜晶内微裂纹的形貌演化过程进行数值模拟,详细分析应力场、薄膜宽度、微裂纹形态比、表面能各向异性对微裂纹的形貌演化规律的影响。其次,分别对电致应力场、应力场耦合压电电场诱发表面扩散下压电薄膜晶内微裂纹的形貌演化过程进行数值模拟,详细分析外场、薄膜宽度、微裂纹形态比对微裂纹的形貌演化规律的影响。结果表明:微裂纹的形貌演化存在稳定演化与失稳分裂两种模式。表面能决定微裂纹在稳定形态下的形貌,其各向异性对微裂纹的失稳起到促进或抑制作用。低电阻压电薄膜晶内微裂纹在应力场耦合压电电场下的演化情况更加复杂,微裂纹演化模式包括:沿电场漂移、形貌的反复振荡变化以及在不同方向上的失稳分裂。

关键词：微裂纹形貌演化压电薄膜有限元法表面扩散各向异性

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多场诱发表面扩散、晶界扩散下微裂纹的演化

多场诱发表面扩散、晶界扩散下微裂纹的演化

作者：郭建伟南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着微电子技术的快速发展，集成电路日益微型化。金属薄膜互连导线在多场耦合环境下的可靠性问题也日趋严峻。而力、电、热作用下的损伤演化是集成电路互连导线的主要失效机制。本文主要研究了曲率、电场、应力场和温度场共同作用下金... 详细信息

随着微电子技术的快速发展，集成电路日益微型化。金属薄膜互连导线在多场耦合环境下的可靠性问题也日趋严峻。而力、电、热作用下的损伤演化是集成电路互连导线的主要失效机制。本文主要研究了曲率、电场、应力场和温度场共同作用下金属材料内部晶内微裂纹和沿晶微裂纹的演化规律。首先，建立了以表面扩散、晶界扩散为主导的多场下微裂纹形貌演化模型，推导了有限元控制方程，编制了可模拟二维微裂纹在曲率、应力场、电场和电致生热作用下演化的有限元程序，并对程序计算结果的精确性和可靠性进行了验证。其次，数值模拟了在曲率、应力场、电场和电致生热共同作用下沿晶微裂纹的演化，详细讨论了两种扩散系数比值、电场和应力场等因素对微裂纹演化规律的影响。最后，建立了多场和内压共同作用下微裂纹演化模型，在模拟曲率、应力场、电场和电致生热共同作用下晶内微裂纹演化的有限元程序之上，编制了内压求解模块，系统分析了内压对多场下微裂纹演化的影响。

关键词：微裂纹演化表面扩散晶界扩散电场应力场热应力有限元

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表面扩散下铜内沿晶微裂纹演化的数值模拟

系统仿真技术 2015年第4期11卷 288-292页

作者：杜杰锋黄佩珍南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室江苏南京210016

基于表面扩散和蒸发-凝结的经典理论及其弱解描述,对应力诱发表面扩散下铜内沿晶微裂纹演化进行了有限元分析。结果表明:沿晶微裂纹演化分节存在临界外载和临界形态比,当外载或形态比小于临界值时,微裂纹逐渐圆柱化;当外载或形态比大于... 详细信息

基于表面扩散和蒸发-凝结的经典理论及其弱解描述,对应力诱发表面扩散下铜内沿晶微裂纹演化进行了有限元分析。结果表明:沿晶微裂纹演化分节存在临界外载和临界形态比,当外载或形态比小于临界值时,微裂纹逐渐圆柱化;当外载或形态比大于等于临界值时,微裂纹沿晶界方向扩展并分节为三个裂腔。微裂纹分节时间随外载的增大和形态比的增大都减小,即外载和形态比的增大加速微裂纹分节。而临界外载和临界形态比随着形态比或外载的增大而减小,表明形态比和外载的增大都将有助于微裂纹分节。此外,沿晶微裂纹中晶界能与表面能比值的增大会加快微裂纹的分节。

关键词：沿晶微裂纹表面扩散应力迁移有限单元法裂腔分节

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表面扩散的新分子力学方法

表面扩散的新分子力学方法

Al原子在Ni基衬底表面的扩散及团簇的形成

中国化学会第30届学术年会

作者：黄智超吴凯北京大学化学与分子工程学院

原子与分子的表面扩散与组装历来是表面科学的重要课题,但昂贵的计算量使得此类现象的理论模拟非常困难。我们构建了计算简单而表现优秀的力场模型,用于精确描述表面原子(或分子)与衬底、原子(或分子)与原子(或分子)间的相互作用。对于... 详细信息

原子与分子的表面扩散与组装历来是表面科学的重要课题,但昂贵的计算量使得此类现象的理论模拟非常困难。我们构建了计算简单而表现优秀的力场模型,用于精确描述表面原子(或分子)与衬底、原子(或分子)与原子(或分子)间的相互作用。对于原子在表面扩散的模拟,我们得到了与现在流行的原子嵌入势方法甚至密度泛函理论同样数量级的指前因子结果,而在计算量上,初步估计在原子嵌入势方法计算量的10%以下。

关键词：表面扩散分子力学模拟

来源： cnki会议评论

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物理学报 2020年第13期69卷 210-218页

作者：张宇文邓永和文大东赵鹤平高明吉首大学物理与机电工程学院吉首416000 湖南工程学院计算科学与电子学院湘潭***

NiAl纳米颗粒具有较高的能量密度和良好的高温力学性能,铝吸附原子在不同镍基表面上的扩散行为与不同扩散机制对铝在镍基表面沉积生长的影响有待进一步阐明.本文通过采用肘弹性带和分子动力学结合嵌入原子势的方法,系统地研究了单个铝... 详细信息

NiAl纳米颗粒具有较高的能量密度和良好的高温力学性能,铝吸附原子在不同镍基表面上的扩散行为与不同扩散机制对铝在镍基表面沉积生长的影响有待进一步阐明.本文通过采用肘弹性带和分子动力学结合嵌入原子势的方法,系统地研究了单个铝吸附原子在镍基表面的扩散行为和纳米颗粒团簇在十面体(DEC)、立方八面体(CUB)和二十面体(ICO)结构上的生长.研究结果表明:Al吸附原子在三种Ni基底上表面扩散的交换与跳跃两种机制,最低的Ehrlich-Schwoebel(ES)势垒为0.38 eV(交换CUB{111}→100})、0.52 eV(交换DEC{111}→100})和0.52 e V(跳跃ICO{111}→111}),从{111}面扩散到{100}面主要以交换机制为主,而相邻两个{111}面之间的扩散则以跳跃机制为主.沉积的铝原子首先倾向于扩散到台阶边缘和顶点附近.随着Al原子数量的增加,沉积的Al原子开始聚集.对于Ni团簇上的Al原子,在较低温度下在镍基底表面沉积Al原子,可以获得良好的Ni核/Al壳结构.对于二十面体结构基底,其对应的核壳团簇的缺陷数最小,随后为十面体结构和八面体结构.随着生长温度的增加NiAl纳米粒子的表面逐渐开始合金化.

关键词： Ni 基衬底表面扩散纳米粒子生长核壳结构嵌入原子势(EAM)

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不锈钢表面扩散渗铬层的抗高温氧化性能

工业仪表与自动化装置 1974年第2期 62-68页

作者：宁家骥

一、序言 Cr18Ni10Ti不锈钢具有较好的抗氧化性能,一般多用此种材料制造在化学工业上所使用的高温设备。为了进一步提高其抗氧化性能,可以施行表面扩散渗铬处理。从这个观点出发。作者从基础理论方面进行了若干探讨。表面扩散渗层中的... 详细信息

一、序言 Cr18Ni10Ti不锈钢具有较好的抗氧化性能,一般多用此种材料制造在化学工业上所使用的高温设备。为了进一步提高其抗氧化性能,可以施行表面扩散渗铬处理。从这个观点出发。作者从基础理论方面进行了若干探讨。表面扩散渗层中的铬浓度梯度、表面铬浓度和渗层厚度等,均受处理温度、处理时间和渗剂成分的影响。另外,如将进行过表面扩散渗铬的材料在大气中施以高温,则其表面扩散渗层中的铬元素将由于铬的氧化和二次扩散而

关键词：扩散渗铬素材 OC 抗氧化性能高温氧化性能氧化处理发蓝处理化学处理表面扩散渗铬处理渗铬层

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表面物理讲座第七讲表面缺陷和表面扩散

物理 1982年第1期 52-58页

作者：吴自勤北京大学物理系