聚变堆中碳原子在碳氢薄膜表面再沉积行为的分子动力学模拟研究

利用分子动力学方法模拟了碳原子与碳氢薄膜的作用过程。探讨了不同入射能量对碳原子与碳氢薄膜相互作用的影响。模拟结果表明碳原子与碳氢薄膜作用会在表面形成碳薄膜。随着入射能量的增加,碳薄膜厚度变薄。在碳薄膜中碳原子的成键形式主要为Csp2-Csp2和Csp2-Csp3,随入射能量的增加,碳原子键价结合形式从Csp2-Csp2向Csp2-Csp3转化。

Ar＋与氟化的Si样品相互作用机制的研究：分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了Ar+与表面含有C,F反应层的Si样品的相互作用过程,以了解Ar+与氟化的Si的作用机制。为了和相对应的实验结果做比较,选择了两种样品,表面富F样品和表面富C样品。模拟结果表明,对于表面富F样品,能清楚地看到Si的刻蚀且随着入射能量的增加Si的刻蚀增加。当入射Ar+数量到达一定程度后Si的刻蚀完全停止。对于富C样品,几乎没有发生Si的刻蚀,这是由于Si-C键对Si的刻蚀起阻碍作用。

入射能量对H2^＋与SiC表面相互作用影响的分子动力学模拟

用分子动力学方法研究了入射能量对H2+与SiC样品表面相互作用的影响。模拟结果表明,在H2+轰击SiC样品表面的初始阶段,样品中H原子的滞留量增加较快,其后,增加的速率减慢,并逐渐趋于饱和。入射能量越大,样品中H原子的滞留量也就越大。样品在H2+的轰击下,样品Si、C原子会发生刻蚀。入射能量越大,Si和C原子的刻蚀量越大。在相同入射能量下,Si原子的刻蚀量大于C原子。生成的产物中,以H,H2和SiH4为主;产物H2的量随着能量的增加而减小。其他产物随着入射能量的增加而增加。

入射角度对Ar^+与SiC表面相互作用影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了入射角度对Ar+与SiC样品表面相互作用的影响。由模拟结果可知,入射角度对样品原子溅射影响很大。随着入射角度的增大,Si原子和C原子的溅射量先增加后减小。相同入射角度下,Si原子的溅射阈值比C原子的小,Si原子的溅射量大于C原子的溅射量。初始样品在Ar+以不同角度轰击2000次后的形貌各异。产物中主要以Si原子和C原子为主,有少量的Si类和C类产物。入射角度对产物Si原子的角度分布几乎没有影响,而对产物C原子的角度分布有较小的影响。

分子动力学模拟不同入射能量的CH与碳氢薄膜的相互作用

本文使用分子动力学方法模拟低能CH与碳氢薄膜的相互作用,以探讨在核聚变过程中CH的再沉积行为及对面向等离子体材料性质变化的影响。选择的入射能量分别为0.3,1,5,10 eV。模拟结果表明随着入射能量的增加C原子与H原子的吸附率增加,且在入射能量大于CH离解能的情况下,同一能量下H原子的吸附率小于C原子的吸附率。随着入射能量的增加,薄膜的厚度增加,薄膜中含有Csp2的范围变宽,并且表面逐渐转变为Csp2表面。薄膜中的C主要以Csp3形式存在,其次是Csp2,几乎不含Csp1。通过统计薄膜中的CHx（x为1~4）发现CH占优势,其次是CH2,而CH4的量非常少。

样品温度对Ar^+与SiC样品表面相互影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了样品温度对Ar+与SiC样品表面相互作用的影响。由模拟结果可知,SiC样品中Si原子的溅射产额随着温度的升高而增加,而温度对C原子的溅射产额影响不大。在相同温度下,Si原子的溅射产额要高于C原子的溅射产额。溅射出来的Si原子和C原子主要来源于样品的表层区域,样品中的Si和C原子密度、键密度及它们的成键方式也发生了较大的变化。初始样品中Si和C原子的密度是均匀的,而被轰击过后的样品表面Si原子的密度要高于C原子,而样品中部C原子的密度要高于Si原子。初始样品都是Si-C键,成键方式为Si-Csp3;被轰击过后又有Si-Si和C-C键,成键方式也发生了变化,还有Si-Csp1和Si-Csp2。

分子动力学模拟不同入射能量的SiF_2与SiC的相互作用

采用分子动力学模拟方法研究了入射能量对SiF2与SiC样品表面相互作用的影响。本次模拟选择的入射初始能量分别为0.3,1,5,10和25 eV。模拟结果显示SiF2分解率与Si和F原子的沉积率有密切的关系。沉积的Si和F原子在SiC表面形成一层SixFy薄膜。随入射能量的增加,薄膜厚度先增加后减小,薄膜中Si-Si键密度增大。构成薄膜的主要成分SiFx（x=1-4）中主要是SiF和SiF2,随入射能量的增加,薄膜成分由SiF2向SiF转变。

分子动力学模拟样品温度对F刻蚀SiC的影响

利用分子动力学模拟方法研究了在低能F原子刻蚀SiC表面过程中样品温度对刻蚀的影响。由模拟结果可知,随着温度的升高,F在样品表面的沉积量和散射量均呈下降趋势,而发生溅射的F的量和与样品作用生成挥发物质的F的量逐渐增加。Si的刻蚀量均随着温度的升高而升高。样品中Si原子的刻蚀主要是通过生成SiF4得以实现的,C原子的刻蚀主要是通过生成CFx(x=1～3)等挥发性物质实现的。

C^+轰击铍的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了入射能量对C+离子与Be样品表面相互作用的影响。模拟结果表明,随着C+离子的入射能量增大,C+离子注入深度也增加,Be原子的溅射产额近似线性增加,而滞留在样品中的C原子数量变化不大,在C+离子轰击Be样品的初始阶段,样品中Be原子的溅射产额较大,而随着C+离子注入剂量的增加,Be原子的溅射产额逐渐减小并趋于稳定。在此作用过程中,在样品表面形成一个富C层,减缓了样品中Be原子的溅射速率,起到了保护Be样品的作用。

聚变堆中H刻蚀碳氢薄膜的分子动力学模拟

使用分子动力学方法模拟了低能H原子与碳氢薄膜的作用过程,以了解基于核聚变装置中等离子体与C基材料的相互作用机制。模拟中使用REBO(reactive empirical bond order)势函数来描述C-H体系中原子间的相互作用,并使用Berendsen热浴来控制体系的温度。文中着重探讨了入射能量对低能H原子刻蚀碳氢薄膜的影响,入射能量分别为0.3,1,5和10eV。模拟结果显示随着入射能量的增加,H原子的吸附率增加,C原子和H原子的刻蚀率增加。同一能量下H原子比C原子更易发生刻蚀。通过讨论发现在H原子与碳氢薄膜作用过程中,当能量大于1 eV时,由于入射的H原子先沉积在表面并与表面原子发生反应形成碳氢化合物,然后在后续入射粒子的轰击下碳氢化合物在表面发生解吸附现象,从而导致了C原子的刻蚀,因此C原子的刻蚀发生主要是化学增强的物理溅射。

F原子与SiC(100)表面相互作用的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟方法研究了F原子(能量在0.5—15eV之间)与表面温度为300K的SiC(100)表面的相互作用过程.考察了不同能量下稳定含F反应层的形成过程和沉积、刻蚀过程的关系以及稳定含F反应层对刻蚀的影响.揭示了低能F原子刻蚀SiC的微观动力学过程.模拟结果表明伴随着入射F原子在表面的沉积量达到饱和,SiC表面将形成一个稳定的含F反应层.在入射能量小于6eV时,反应层主要成分为SiF3,最表层为Si-F层.入射能量大于6eV时,反应层主要成分为SiF.但是由于最表层Si的刻蚀导致表层为C-F层.这个C-F层的形成将阻缓硅的进一步刻蚀.在入射能量小于6eV时,F极难对SiC进行刻蚀.在入射能量达到15eV时,开始出现C的刻蚀.刻蚀率随入射能量增加而增加,主要的刻蚀产物为SiF4,表明Si的刻蚀主要通过化学刻蚀方式.

样品温度对CF_3^+与Si表面相互作用影响的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法研究了不同温度下CFx层对CF3+刻蚀Si表面过程的影响.由模拟数据可知,温度对C和F的沉积有显著的影响;通过提高样品的温度,物理刻蚀得到了加强,而化学刻蚀被减弱.同时,随着温度的升高,Si的刻蚀率相应增加.刻蚀产物中的SiF,SiF2的量随温度的增加而增加,SiF3的量与基体温度没有直接的关系.Si刻蚀率的增加主要是通过提高SiF,SiF2从表面脱离的量得以实现的.通过比较发现CF3+在Si表面的沉积对后续的刻蚀过程产生了巨大的影响,具体表现为大大增加了Si的刻蚀率,减弱了Si的化学刻蚀机理。

分子动力学方法的模拟参数对结果的影响

主要研究了利用分子动力学方法(MD)模拟等离子体与材料表面相互作用过程时分子动力学方法的参数对模拟结果的影响。详细分析了Berendsen热浴的应用时间、耦合强度和模拟时间量(单个轨迹的作用时间、弛豫时间)对模拟结果的影响,结果表明,热浴的应用时间对模拟结果的影响很大,而其它参数对模拟结果没有太大的影响。

低能Cl原子刻蚀Si(100)表面的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了不同能量(0.3—10eV)的Cl原子对表面温度为300K的Si(100)表面的刻蚀过程.模拟中采用了Tersoff-Brenner势能函数来描述Cl-Si体系的相互作用.模拟结果显示,随着入射Cl原子在表面的吸附达到饱和,Si表面形成一层富Cl反应层.这和实验结果是一致的.反应层厚度随入射能量增加而增加.反应层中主要化合物类型为SiCl,且主要分布于反应层底部.模拟结果发现随初始入射能量的增加,Si的刻蚀率增大.在入射能量为0.3,1和5eV时,主要的Si刻蚀产物为SiCl4.在入射能量为10eV时,主要的Si刻蚀产物为SiClx(x<4).分析表明随着入射能量的增加,Cl对Si的刻蚀从化学刻蚀向物理刻蚀转变.