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【轉(zhuǎn)帖】動力學(xué)蒙卡方法（KMC）模擬薄膜生長的基本知識 已有11人參與
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一、薄膜生長模擬模型 一類是擴散控制的成核生長模型，這類模型假設(shè)，擴散的原子一旦到達團簇或聚集體的邊緣則并入該團簇。 1、擴散限制聚集(DLA)模型，這是最初的模型其主要思想為：在晶格中心處放一個種粒子，遠(yuǎn)處產(chǎn)生的粒子隨機擴散，當(dāng)擴散粒子擴散到種粒子的近鄰位置時即穩(wěn)定下來，成為聚集體的一部分。該過程不斷重復(fù)，直至形成具有分形結(jié)構(gòu)的聚集體。DLA模型很直觀地解釋了在較低溫度下一些金屬薄膜生長初期形成的分形結(jié)構(gòu)。缺點：沒有考慮擴散過程中的能量因素。 2、擴展的DLA模型，主要思想為：擴散到聚集體邊緣的粒子不會立即穩(wěn)定下來，而是沿著聚集體邊緣繼續(xù)運動，它們尋找的穩(wěn)定位置是近鄰原子數(shù)大于等于2的位置。粒子沿聚集體邊緣擴散使得聚集體的枝權(quán)變粗，枝權(quán)數(shù)減少，直至形成團狀結(jié)構(gòu)。 3、沉積——擴散——聚集(DDA)模型，主要思想為：原子隨機地沉積到襯底上，并在襯底表面隨機擴散。當(dāng)擴散原子相遇時即形成團簇。團簇仍可以繼續(xù)擴散，當(dāng)團簇與擴散原子或其它團簇相遇時即形成島。隨著原子的不斷沉積，聚集體逐漸長大成具有分形結(jié)構(gòu)的集團，集團的分形維數(shù)隨沉積覆蓋度的增加而增大。DDA模型比DLA模型更切合實際的薄膜生長過程。 另一類是反應(yīng)控制的形核生長模型，該類模型中，擴散到團簇邊緣的原子必須克服團簇邊緣勢壘才能并入該團簇。 1、反應(yīng)限制聚集(RLA)模型：沉積的增原子在滿單層表面劑臺面上擴散;擴散增原子必須克服勢壘與它下面的表面劑原子交換位置到達襯底才能形成穩(wěn)定的生長中心;擴散到島邊緣的增原子必須克服島邊緣勢壘與它下面的表面劑原子交換位置才能并入該島，使得島不斷長大。該模型可以定性地解釋某些表面劑誘導(dǎo)外延系統(tǒng)中出現(xiàn)的反常的島形狀轉(zhuǎn)變。 2、表面劑幫助的交換擴散模型：2003年王恩哥提出用RLA模型解釋活性劑介入的外延生長中形核和成島機制,即島的生長是交換作用限制的。沉積的增原子必須與它下面的表面劑原子交換位置才能到達襯底，從而形成新核或成為現(xiàn)存島的一員。被埋在表面劑層下的單個增原子可以在表面劑原子幫助下與襯底原子交換位置，實現(xiàn)在表面劑層下的擴散。 二、襯底（基片）模型 根據(jù)維數(shù)主要分為，二維和三維；根據(jù)點陣主要分為，正方格子和三角（六方）點陣。 正方格子正好對應(yīng)二維數(shù)組，用數(shù)組描述晶位。 三角點陣要麻煩，要折合成二維數(shù)組，分為奇數(shù)和偶數(shù)。 |
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前面說到襯底，說得比較略，一般而言，大家可以用正方格子，這個正好與二維數(shù)組對應(yīng)；如果要做六方的由于比較麻煩，我就不說了，推薦大家看一下中南大學(xué) 張海的碩士學(xué)位論文《基于蒙特卡羅方法的晶粒生長模擬系統(tǒng)研究》上面說得非常詳細(xì)。 關(guān)于襯底，還得再說幾句，這一陣編程襯底最麻煩。由于我們的計算機計算能力的限制，所以我們的襯底就不可能選得很大，而實際過程中襯底是非常大的（微觀），這樣就要求我們采取一些辦法，這就是周期性邊界條件：上出下進，下出上進，左出右進，右出左進。把這十六個字變成程序有些時候要費點勁，我看了一些論文，他們使用的是matlab編起來好像比較簡單，我不會使，只好自己用fortran試著編一下，本以為是一個很簡單的子程序，可是調(diào)用起來老是出現(xiàn)數(shù)組溢出現(xiàn)象，所以大家在編寫的時候一定要把所有的情況想到。 3、勢能 勢能是動力學(xué)蒙卡方法中一個非常重要的部分，勢能選取的好壞直接影響結(jié)果。對于薄膜生長當(dāng)然最好使用多體勢，但是現(xiàn)在沒有什么太好的�，F(xiàn)在通用的是二體勢，這樣既簡化了計算也比較接近結(jié)果。比較常用的兩種二體勢是Lennard-Jones勢和morse勢，在模擬金屬時通常使用morse勢。勢能的使用就牽扯到事件。 4、事件 在模擬薄膜沉積過程中的事件比較多，有：粒子的吸附，直接脫附，遷移，遷移一段時間后吸能再蒸發(fā)，凝核等等，簡單的考慮可以只考慮幾種：粒子的吸附，遷移，凝核。在這幾種過程中都會使用到勢能，但勢能的計算卻不完全一樣。其中特別重要的過程是遷移。要實現(xiàn)遷移事件的算法，大體有兩種：一、勢能大小比較，目標(biāo)位的勢能如果比現(xiàn)在的位置小則遷移，若大則引入波爾茨曼因子與隨機數(shù)比較，以確定是否遷移；二、把所有事件的絕對概率計算出來再計算其相對概率，以概率來判斷遷移方向。其中第二種方法更能體現(xiàn)蒙特卡羅的思想。 再分享一下我編寫的關(guān)于遷移事件實現(xiàn)的程序，稍微有點啰嗦，僅供大家參考 : 使用的是勢能大小比較方法 。 |
2樓2010-09-11 11:21:52
fromhereon
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3樓2011-09-23 11:05:41
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5樓2011-10-15 07:19:40
6樓2011-10-20 21:36:48
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7樓2011-10-21 02:55:08
8樓2013-01-23 16:22:09
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9樓2013-03-13 08:56:06
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10樓2013-03-25 10:46:30
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