Numerical Modeling of Thin-Film Growth by Random Deposition with Particle Evaporation

Abstract

Робота містить узагальнення осадження частинок для покращення фізики процесу моделювання та для того, щоб зробити його більш схожим на реальні процеси осадження, такі як випаровування частинок, яке полягає у притяганні пароподібних і газоподібних частинок шляхом зменшення тиску повітря та скупчення інших молекул повітря. Це не тільки зменшує енергію, необхідну для випаровування, але також забезпечує більш прямий шлях до області осадження, оскільки частинки пари не так часто перенаправляються іншими частинками всередині камери. Хоча ми не маємо справу з бомбардуванням у нашому підході, ми пропонуємо метод генерації кластерів випадкової форми та розміру, починаючи від окремої частинки до набору частинок, щоб зробити моделювання більш репрезентативним для експериментальної реальності. Згідно з результатами, отриманими в нашому дослідженні, зростання інтерфейсу при випадковому осадженні з парової фази відбувається за двома різними режимами (перші кластери вирощуються випадковим чином шляхом створення інтерфейсу, який виріс в результаті осадження або випаровування частинок через різницю між середнім хімічним потенціалом пари Uv і потенціалом інтерфейсу Ui). Експоненти росту (β) і шорсткості (α) були стабільними зі збільшенням розміру підкладки (L) та кількості частинок (N), що бомбардуються. Ці експоненти чутливі до зміни Ui, де α зменшується, коли Ui змінюється від 0 до − 6, обернено до експоненти β. Усі поверхні, отримані в рамках цієї моделі, мають фрактальні властивості. Крім того, техніка Грінвуда та Вільямсона, яка полягає в заміні шорстко-шорсткого контакту шорстко-гладким, геометрично коректна на рівні міжвузлів і менш коректна по відношенню до теплової задачі відповідно по шорсткості інтерфейсів контактних поверхонь.

In the present work, we provide a generalization of particle deposition to enhance the physics of the simulation process and make it more similar to real deposition processes, such as particle evaporation, which is tuned to attract vapor and gaseous particles by reducing air pressure and crowding of other air molecules. This not only reduces the energy required for evaporation but also allows for a more direct path to the area of deposition, as the vapor particles are not as frequently redirected by other particles within the chamber. Although we do not deal with bombardment in our approach, we provide a method to generate clusters of random shape and size, ranging from a single particle to a collection of particles, in order to make the simulation more representative of experimental reality. According to the results obtained from our study, interface growth in random vapor deposition follows two distinct regimes (the first clusters are grown randomly by building an interface which has grown as a result of deposition or evaporation of particles due to the difference between the average chemical vapor potential Uv and interface Ui). Growth (β) and roughness (α) exponents were stable with increasing substrate size (L) and a number of bombarded particles (N). These exponents are sensitive to the variation of Ui, where α decreases as Ui changes from 0 to − 6 inversely to the exponent β. All the surfaces obtained by this model have fractal properties. In addition, the technique of Greenwood and Williamson which consists in replacing the rough-rough contact by a rough-smooth contact is geometrically valid at the level of the interstices and less valid with respect to a thermal problem according to the roughness of interfaces of the surfaces in contact.