Μονάδα:
Κατεύθυνση Τεχνολογίας Ολοκληρωμένων ΚυκλωμάτωνΠληροφορική
Ημερομηνία κατάθεσης:
2018-05-30
Συγγραφέας:
Τερζόπουλος Τρύφων
Στοιχεία επιβλεπόντων καθηγητών:
Γεώργιος Κόκκορης, Συνεργαζόμενος Ερευνητής, Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας, ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος
Πρωτότυπος Τίτλος:
Προσομοίωση διεργασίας ιονοβολής επιφανειών με δέσμη ιόντων υπό ταυτόχρονη απόθεση: Διερεύνηση των μηχανισμών δημιουργίας οργανωμένων μορφολογιών
Γλώσσες εργασίας:
Ελληνικά
Μεταφρασμένος τίτλος:
Προσομοίωση διεργασίας ιονοβολής επιφανειών με δέσμη ιόντων υπό ταυτόχρονη απόθεση: Διερεύνηση των μηχανισμών δημιουργίας οργανωμένων μορφολογιών
Περίληψη:
Η ύπαρξη οργάνωσης (περιοδικότητας) στη μορφολογία μιας επιφάνειας είναι χρήσιμη
σε μια πληθώρα εφαρμογών όπως η μαγνητική αποθήκευση και η κατάλυση χημικών
αντιδράσεων. Μία από τις τεχνολογίες για τη δημιουργία οργανωμένων μορφολογιών
στις επιφάνειες είναι η ιονοβολή με δέσμη ιόντων (Ion Beam Sputtering). Τα τελευταία
χρόνια, πειράματα ιονοβολής έχουν συνδυαστεί με ταυτόχρονη απόθεση συστατικών
(παρεμποδιστών εγχάραξης) και έχουν οδηγήσει στη δημιουργία ανισοτροπικής
οργάνωσης.
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μαθηματική προτυποποίηση
(μοντελοποίηση) και προσομοίωση διεργασίας ταυτόχρονης εγχάραξης και απόθεσης
παρεμποδιστών κατά την ιονοβολή ελεύθερων και αρχικά επίπεδων επιφανειών με
δέσμη ιόντων. Στόχος είναι η ερμηνεία μέσω της προσομοίωσης της ανισοτροπικής
οργάνωσης που παρατηρείται σε πειράματα ιονοβολής με δέσμη ιόντων Αργού (Ar)
υψηλής ενέργειας (1 keV) σε επιφάνειες Πυριτίου (Si) υπό ταυτόχρονη απόθεση ατόμων
Σιδήρου (Fe, παρεμποδιστών). Η ταυτόχρονη απόθεση εξασφαλίζεται με προσθήκη
στόχων Fe γύρω από το δείγμα Si που εγχαράσσεται σε κατάλληλη διάταξη.
Για την επίτευξη του στόχου, τροποποιήθηκε και επεκτάθηκε κατάλληλα διαθέσιμος
κώδικας Monte Carlo για την εξέλιξη μορφολογίας επιφανειών σε γλώσσα
προγραμματισμού C++. Ο κώδικας χρησιμοποιεί διακριτή απεικόνιση της επιφάνειας και
του υποστρώματος με κυβικά κελιά. Υπολογίστηκαν με χρήση του κώδικα COMSOL οι
κατανομές ιόντων και παρεμποδιστών στην επιφάνεια. Ο κώδικας SRIM (Stopping and
Range of Ions in Matter) χρησιμοποιήθηκε για την εξαγωγή των συντελεστών
προσκόλλησης των συστατικών και της απόδοσης εγχάραξης του Si και του Fe (άτομα
Si ή Fe που απομακρύνονται ανά προσπίπτον ιόν) συναρτήσει της γωνίας
πρόσπτωσης των ιόντων. Οι συναρτήσεις για τους συντελεστές προσκόλλησης και τις
αποδόσεις εγχάραξης ενσωματώθηκαν στον κώδικα και η δειγματοληψία από αυτές τις
συναρτήσεις υλοποιήθηκε με τη μέθοδο αποδοχής-απόρριψης. Οι επιφανειακές
μορφολογίες που προέκυψαν από την προσομοίωση χαρακτηριστήκαν μαθηματικά με
την root mean square (RMS) τραχύτητα, το μήκος συσχέτισης, το κλάσμα κάλυψης από
παρεμποδιστές και το δισδιάστατο διάγραμμα πυκνότητας φάσματος ισχύος (Power
Spectral Density, PSD). Η οργάνωση ποσοτικοποιήθηκε με βάση το PSD με την
περίοδο των δομών που σχηματίζονται στην επιφάνεια και την παράμετρο οργάνωσης.
Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδειξαν ότι: α) Οι στατιστικές παράμετροι
χαρακτηρισμού της μορφολογίας δεν επηρεάζονται από τις διαστάσεις της επιφάνειας
αλλά επηρεάζονται από την δομική μονάδα του «ψηφιδωτού» της επιφάνειας. β) Η
εφαρμογή των συναρτήσεων για τις αποδόσεις εγχάραξης και τις πιθανότητες
προσκόλλησης των συστατικών όπως προκύπτουν από τον κώδικα SRIM δεν οδήγησε
σε δημιουργία οργάνωσης στη μορφολογία της επιφάνειας. γ) Περαιτέρω διερεύνηση
των τιμών των παραμέτρων και των μηχανισμών αλληλεπίδρασης των συστατικών (Ar+,
Fe, Si) με την επιφάνεια έδειξε ότι η οργάνωση ευνοείται όταν η πιθανότητα
προσκόλλησης των ιόντων είναι 1 δηλαδή όταν δεν συμβαίνει ανάκλαση των ιόντων
στην επιφάνεια, όταν αυξάνεται το κλάσμα των παρεμποδιστών στην προσπίπτουσα
ροή και όταν η επιλεκτικότητα εγχάραξης των παρεμποδιστών (άτομα Fe) ως προς το
υπόστρωμα Si πλησιάζει το 1.
Κύρια θεματική κατηγορία:
Τεχνολογία – Πληροφορική
Λέξεις-κλειδιά:
τραχύτητα, ιονοβολή, εγχάραξη με πλάσμα, προσομοίωση, Monte Carlo, οργανωμένη μορφολογία
Αρ. σελίδων ευρετηρίου:
9
Αρ. βιβλιογραφικών αναφορών:
67
