Pit nucleation in the presence of 3D islands during heteroepitaxial growth
我们提出了一个模型，在该模型中，在薄膜中的坑形核被认为是从一个近平衡形核过程。在这个模型中，吸附原子浓度在控制表面的形态发展中起着核心作用。虽然凹坑比岛更有效地释放弹性能，但高吸附原子浓度可以防止凹坑成核。三维岛作为吸附原子汇和较低的吸附原子密度在其附近促进坑成核。热力学的考虑预测几种不同的生长制度，其中坑可能在不同的生长阶段，这取决于生长条件和材料系统的成核。然而，与实验观察结果的直接比较需要动力学也被考虑在内。该模型预测了广泛的可能的形态：平面膜，单独的岛屿，岛屿成核，然后坑成核，坑单独。该模型显示出良好的协议与实验观察在III-V系统给出的不确定性，如表面能的量化实验参数。
2004-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Equilibrium Shape and Size of Supported Heteroepitaxial Nanoislands
我们研究了应变异质外延纳米岛的平衡形状，形状转变和最佳尺寸的二维原子模型，使用简单可调的原子间对势。我们绘制出的全球相图作为一个功能的基板吸附质失配和相互作用。该相图揭示了与不同的已知生长模式相对应的所有阶段。特别是，对于足够大的失配和有吸引力的基板有一个斯特兰斯基-Krastanow政权，其中纳米尺寸的岛屿上生长的润湿膜。我们详细分析了对岛的总能量有贡献的各个项，并展示了它们之间的竞争如何导致岛的最佳形状和大小。最后，我们还开发了一个解析插值公式的各种贡献的应变纳米岛的总能量。
2008-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Heteroepitaxial growth of high-K gate oxides on silicon: insights from first-principles calculations on Zr on Si(001)
本文用电子结构计算方法研究了Zr在a-Si（001）表面的金属沉积。每个Zr吸附原子的能量作为覆盖率的函数表明，Zr形成硅化物岛，即使在低覆盖率。吸附的Zr对体硅化物ZrSi 2的形成是不稳定的。观察到岛由块状硅化物的结构元素组成，这表明硅化物晶粒将自发形成。
2003-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic Monte Carlo Simulations of dislocations in heteroepitaxial growth
我们确定的临界层厚度的失配位错的外观作为一个函数的衬底和吸附物的晶格常数之间的失配从动力学蒙特卡罗（KMC）模拟异质外延生长。为此，引入了一种算法，它允许在异质外延生长中观察到的各种现象，包括临界层厚度的失配位错的外观，或自组装岛形成的非晶格模拟。该模型的唯一参数是沉积通量，温度和系统的粒子之间的成对相互作用势。我们的研究结果进行了比较，与一个简单的幂律的理论处理的问题，并表现出良好的一致性。
2001-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Modeling and Simulation of Strained Heteroepitaxial Growth
我们引入了一个非晶格模型与连续的粒子距离和对潜在的相互作用，它允许应变异质外延生长的动力学蒙特卡罗（KMC）模拟装置的有效模拟。我们详细讨论了应用我们的模型模拟三个重要的应变弛豫机制：第一，在应变吸附膜的失配位错的形成进行了研究。我们发现一个幂律失配依赖的临界层厚度，与各种实验研究。第二，我们研究了自组装岛形成在一个薄的吸附物润湿层（Stranski-Krastanov生长）。我们表明，增加的扩散障碍的基板上是一个可能的动力学原因形成一个稳定的润湿层。岛的形成可以归因于吸附物材料的部分弛豫，其影响吸附物颗粒的扩散屏障。岛的尺寸和密度的失配，温度和粒子通量的依赖性是在良好的定性协议与金属有机气相外延实验。最后，我们认为表面合金化是多组分体系中的应变弛豫机制。平衡模拟表明，绑定和应变能之间的竞争产生规则的条纹图案。在非平衡条件下，我们发现斑图形成以及实验观察到的岛屿分歧。与格子气模型的比较表明，条纹的形成可以完全是由于动力学效应，但错配是必不可少的表面结构的分枝和稳定。
2004-10-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Site selective growth of heteroepitaxial diamond nanoislands containing single SiV centers
我们展示了可控制备异质外延金刚石纳米和微结构的硅晶片为基础的铱膜作为主机的单一色心。我们的方法使用电子束光刻，然后反应离子蚀刻图案的碳层形成的偏压增强成核的铱表面上。在随后的化学气相沉积工艺中，图案化区域演变成直径<500 nm且高度约为100 nm的（001）取向的金刚石纳米岛的规则阵列。60 nm。在岛上，我们确定了单一的SiV色中心与窄零声子线下降到1 nm，在室温下。
2016-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Off-lattice Kinetic Monte Carlo simulations of strained heteroepitaxial growth
本文讨论了一种非格点、连续空间的动力学蒙特卡罗（KMC）算法，并将其应用于应变异质外延晶体生长的研究。作为一个出发点，我们研究了一个简化的（1+1）维的情况下，原子间的相互作用由简单的对势。该模型表现出在一个特征膜厚的应变诱导的失配位错的外观。在我们的模拟中，我们观察到这个临界厚度的晶格失配的幂律依赖性，这是与半导体化合物的实验结果相一致。我们还研究了应变诱导的多层岛或“点”的出现在所谓的Stranski-Krastanov（SK）生长模式的吸附物润湿层。在特征动力学膜厚度，从单层到多层岛的过渡发生。我们讨论的SK转变的微观原因和它的依赖模型参数，即晶格失配，生长速率和衬底温度。
2004-05-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
The Equilibrium Shape of Quantum Dots
在异质外延生长的晶格失配材料的过程中形成的无位错的三维岛已被观察到实验的几种材料系统。与均匀应变膜相比，岛的平衡形状由岛的表面能和弹性弛豫能之间的竞争决定。作为一个例子，我们认为实验深入研究的GaAs（001）衬底上的InAs量子点的生长，推导出作为岛体积的函数的平衡形状。为此目的，InAs的表面能已被计算内密度泛函理论，和一个连续的方法已被应用到计算的弹性弛豫能。
1996-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Morphological evolution in a strained-heteroepitaxial solid droplet on a rigid substrate: Dynamical simulations
基于自洽动力学模拟，系统研究了刚性衬底上Stranski-Krastanow岛状形貌形成过程中，由毛细应力和失配应力引起的表面漂移扩散驱动的扁平固体液滴（凸点）的自发演化过程.物理-数学模型，其基于具有奇异性的表面和界面的不可逆热力学处理（Ogurtani，T.O.，J.Chem.Phys.124，144706，2006）使我们能够自动控制基底和液滴之间的三重连接轮廓线的自由运动，而不假定边缘处的任何平衡二面角接触（润湿）角。在发展过程中的斯特兰斯基-Krastanow岛通过质量积累在液滴的中心区域通过表面漂移扩散与和/或不生长，观察到一个非常薄的润湿层的形成。.这个润湿层的厚度为几分之一纳米，不仅覆盖了初始计算域，而且还覆盖了其超出原始边界的进一步扩展。高于失配应变和/或液滴尺寸（即体积）的特定阈值水平，这取决于初始物理化学数据和纵横比（即，形状），还观察到由浅润湿层分隔的多个岛的形成
2010-10-21 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Strain-driven InAs island growth on top of GaAs(111) nanopillars
我们从实验和理论上分析了圆柱形GaAs（111）A纳米柱上异质外延InAs岛的形状和位置。在低温下在GaAs纳米柱上无催化剂的分子束外延生长InAs导致直径< 30 nm的InAs岛呈现主要为圆形三角形的面内形状。岛显示出在从中心向柱边缘移位的位置处生长的趋势。原子分子静力学模拟的证据表明，三角形棱柱形的岛屿中心的支柱轴直径小于纳米柱的大力青睐。此外，我们揭示了离轴岛位置的最低能量状态的存在，与实验一致。这些发现被解释通过评估的空间应变分布和表面原子的断裂键的数量作为表面能的措施。优选的离轴岛位置可以根据岛下方的GaAs纳米柱的增加的顺应性来理解，因为自由表面的附近，导致应变能的降低。同时讨论了表面台阶对系统能量的影响。
2020-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Heteroepitaxial growth of anatase (0 0 1) films on SrTiO3 (0 0 1) by PLD and MBE
本研究采用PLD和MBE法在STO衬底上生长锐钛矿(001)薄膜，揭示了温度等参数对应变、表面形貌的调控规律，两步生长工艺可实现薄膜性能调控，有望替代同类单晶应用于模型系统和严苛环境。
2023-11-09 cond-mat.mtrl-sci
Roughness and Correlations in the Transition from Island to Film Growth: Simulations and Application to CdTe Deposition
使用动力学蒙特卡罗模拟，我们开发了一个框架，涉及形态学特性和微观动力学过程中的岛屿生长，合并，和初始形成的连续异质外延膜。平均岛宽度由衬底上的吸附原子迁移率控制。随后的演变强烈依赖于沉积材料的Ehrlich-Schwöebel能垒$E_{ES}$。随着$E_{ES}$的减少，岛状物变得更高，并且它们的聚结被延迟。对于小岛屿和大$E_{ES}$，全球粗糙度增加$W\sim{\text{thickness}}^{1/2}$和局部粗糙度增加在短尺度（明显的异常缩放）之前和之后的岛屿合并。如果岛较宽，则当岛合并时，$W$对于大的$E_{ES}$可能具有平台，而对于小的$E_{ES}$可能具有最大值。该框架适用于原子力显微镜数据的初始阶段的CdTe沉积Kapton：最大的$W$岛合并期间表示可以忽略不计的ES障碍，一致的缩放性能厚得多的膜，和扩散系数${10}^{-7}{\text{--}}{10}^{-5}{\text{cm}}^2/{\text s}$ Kapton表面上的$150\,^{\circ}\mathrm{C}$估计。该框架的应用程序，以其他材料的建议，其中ES障碍的预期作用突出。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Continuous and correlated nucleation during nonstandard island growth at Ag/Si(111)-7x7 heteroepitaxy
本文对Ag在Si（111）-7x7上的亚单层异质外延生长进行了实验和理论研究。覆盖范围从0.05 ML到0.6 ML的STM测量表明，在生长的所有阶段，都有过量的最小岛（每个岛只占一个半晶胞- HUC）。2D润湿层的形成通过在较大2D岛（在几个HUC上延伸）附近的最小岛的连续成核以及随后与它们聚结来进行。这种增长的情况下，动力学蒙特卡罗模拟，它使用一个粗粒度的模型的基础上的有限容量的HUC和机制，增加成核概率在附近的已经饱和的HUC（相关成核）验证。该模型提供了一个很好的拟合的实验依赖性的相对数量的Ag占据HUCs和故障HUCs的占领的温度和沉积的Ag量的偏好。HUC之间的银吸附原子的跳跃获得的参数与先前报道的增长的初始阶段。该模型提供了两个新的参数-HUC内的最大银原子数，和在HUC边界上。
2004-05-13 cond-mat.mtrl-sci
Effect of strain on surface diffusion in semiconductor heteroepitaxy
本文用第一性原理分析了GaAs（001）表面上阳离子扩散系数的应变重整化。对于In/GaAs（001）-c（4x 4）的例子，当衬底晶格膨胀时，In的结合增加。扩散势垒ΔE（e）具有非单调的应变依赖性，在压缩应变值（e < 0）处具有最大值，而对于所研究的任何拉伸应变（e > 0），扩散势垒ΔE（e）是递减函数。我们讨论了异质外延岛周围的应变场引起的吸附原子的结合能和扩散势垒的空间变化的后果。对于一个简化的几何形状，我们评估两个相干应变的GaAs（001）表面上的岛屿的生长速度，并确定一个生长制度，岛屿的大小往往在生长过程中由于应变依赖表面扩散均衡。
2001-05-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles studies of kinetics in epitaxial growth of III-V semiconductors
我们演示了如何使用密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算可以应用于深入了解分子过程，规则的物理材料加工。具体而言，我们研究了砷化合物半导体的分子束外延（MBE）。对于GaAs在GaAs（001）上的同质外延，提出了一个生长模型，该模型建立在对β 2重构GaAs（001）表面上的分子过程的DFT计算结果的基础上，包括吸附、脱附、表面扩散和成核。动力学蒙特卡罗模拟的基础上计算的能量使我们能够模拟分子束外延生长GaAs的Ga和As_2的原子细节。模拟结果表明，岛形核是由As_2分子与表面Ga原子的反应控制的。分析表明，标准成核理论中岛密度随生长温度变化的标度律不适用于GaAs外延。我们还讨论了InAs在GaAs（001）衬底上的异质外延，并报道了In在应变GaAs衬底上扩散的第一性原理DFT计算。特别是，我们解决异质外延应变的相干应变InAs岛的生长动力学的影响。发现岛周围的应变场导致从衬底向岛的材料传输减慢，从而有助于实现更均匀的岛尺寸。
2002-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Nucleation and Growth of GaN/AlN Quantum Dots
研究了等离子体辅助分子束外延在AlN（0001）衬底上Stranski-Krastanov模式下生长GAN岛的成核过程。特别是，我们评估其高度和密度的变化作为GAN覆盖率的函数。我们表明，GAN的生长通过四个阶段：最初，生长是逐层的;随后，二维前体岛的形式，转化为真正的三维岛。在后一阶段，岛的高度和密度随着GAN覆盖率的增加而增加，直到密度饱和。在进一步的GAN生长过程中，密度保持恒定，并出现双峰高度分布。岛的高度和密度作为衬底温度的函数的变化进行了讨论的框架中的一个平衡模型为Stranski-Krastanov生长。
2003-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Off-lattice Kinetic Monte Carlo simulations of Stranski-Krastanov-like growth
本文采用非晶格动力学蒙特卡罗模拟，在简化的（1+1）维模型框架下研究了应变异质外延晶体的生长。我们修改后的Lennard-Jones系统显示了所谓的Sttranski-Krastanov生长模式：初始假晶生长结束后，突然出现的应变诱导的多层岛屿上的持久润湿层。
2003-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Morphologies, metastability and coarsening of quantum nanoislands on the surfaces of the annealed Ag(110) and Pb(111) thin films
异质外延纳米岛向平衡（粗化）的形态演化计算使用详细的连续模型，结合了量子尺寸效应。结果揭示了“魔”高的亚稳性，揭示了量子岛达到稳定高度的形态转变和表面扩散途径，给出了量子岛密度和面积的粗化规律，从而阐明了量子岛薄膜生长的动力学形态途径.
2018-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math.AP
Epitaxial growth and characterization of high quality Bi2O2Se thin films on SrTiO3 substrates by pulsed laser deposition
最近，Bi 2 O2 Se被发现作为一个有前途的二维（2D）半导体为下一代电子，由于其适度的带隙尺寸，高电子迁移率和显着的环境稳定性。同时，高质量的Bi_2O_2Se异质结构可能具有奇异的物理现象，如压电性和拓扑超导性。本文首次报道了利用脉冲激光沉积（PLD）方法在SrTiO 3衬底上成功地异质外延生长了Bi 2 O 2 Se薄膜。在最佳条件下获得的薄膜显示出外延生长的c轴垂直于薄膜表面和a和b轴平行于衬底。随着沉积时间的延长，在SrTiO 3（001）衬底上异质外延Bi 2 O2 Se薄膜的生长模式由准二维层向三维岛转变。在室温下，薄膜厚度为70 nm时，电子迁移率达到最大值160 cm ~ 2/V ~（-1）s ~（-1）。厚度依赖的迁移率提供的证据表明，界面散射可能是在低温下相对较低的电子迁移率的限制因素，这意味着界面工程作为一种有效的方法来调整低温电子迁移率。我们的工作表明，PLD法生长的外延Bi_2O_2Se薄膜具有良好的基础研究和实际应用前景。
2019-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Shape evolution of MBE grown Si$_{1-x}$Ge$_{x}$ structures on high index Si(5 5 12) surfaces: A temperature dependent study
在室温（RT）~ 800 $^\circ$ C温度范围内，研究了分子束外延生长的Ge-Si岛在Si（5 5 12）表面上的形貌演化以及生长温度对Ge-Si岛的尺寸、取向和成分的影响。已经使用了两种模式的衬底加热，即辐射加热（RH）和直流加热（DH）。通过扫描电子显微镜（SEM）、截面透射电子显微镜（X-TEM）和卢瑟福背散射光谱（RBS）对生长后的样品进行了非原位表征。在RH的情况下，我们发现在600 $^\circ$ C的球形岛状结构具有双峰分布，并且随着温度的升高，该结构在700 $^\circ$ C得到刻面。在800 $^\circ$ C厚（$\sim$ 122 nm）下，形成由刻面界定的圆顶状结构。而在DC加热的情况下，在最佳临界温度600 $^\circ$ C之后，具有梯度成分的良好对准的梯形Si $_{1-x}$ Ge $_x$结构开始沿着台阶边缘形成。有趣的是，这些排列结构仅在600 $^\circ$ C左右发现，既不是在低温下也不是在高温下。
2012-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
