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脉冲激光晶化超薄非晶硅膜的分子动力学研究

陈谷然 宋超 徐骏 王旦清 徐岭 马忠元 李伟 黄信凡 陈坤基

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脉冲激光晶化超薄非晶硅膜的分子动力学研究

陈谷然, 宋超, 徐骏, 王旦清, 徐岭, 马忠元, 李伟, 黄信凡, 陈坤基

Molecular dynamics simulations of pulsed laser crystallization of amorphous silicon ultrathin films

Chen Gu-Ran, Song Chao, Xu Jun, Wang Dan-Qing, Xu Ling, Ma Zhong-Yuan, Li Wei, Huang Xin-Fan, Chen Kun-Ji
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  • 利用准分子脉冲激光晶化非晶硅薄膜是制备高密度尺寸可控的硅基纳米结构的有效方法之一.本文将脉冲激光对非晶硅超薄膜的影响处理为热传导问题,采用了基于Tersoff势函数的分子动力学方法模拟了在非晶氮化硅衬底上2.7 nm超薄非晶硅膜的脉冲激光晶化过程.研究了不同激光能量对非晶硅薄膜晶化形成纳米硅的影响,发现在合适的激光能量窗口下,可以获得高密度尺寸可控的纳米硅薄膜,进而模拟了在此能量作用下非晶硅膜中成核与生长的机理与微观过程,并对晶化所获得的纳米硅薄膜的微结构进行了分析.
    Laser crystallization of amorphous Si thin films is one of reliable method of preparing nanocrystalline silicon with high density and controllable size. In the present work, molecular dynamics simulation based on Tersoff potential was used to study the laser crystallization process of ultrathin amorphous silicon film (2.7 nm) on amorphous silicon nitride substrate. The influence of laser fluences on the crystallization and formation of nanocrystalline Si was investigated. It was found that there exists a laser fluence window in which nucleation and growth of nanocrystalline Si can be realized, which is in agreement with our previous experimental observations. The nucleation and growth processes in microscopic scale were simulated and the size of formed nanocrystalline Si was limited in both vertical and lateral directions by the film thickness and the formation of grain boundaries.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB613401,2007CB935401),国家自然科学基金(批准号:10874070)和江苏省自然科学基金(批准号:BK2008253)资助的课题.
    [1]

    Kovalev D, Heckler H, Polisski G, Koch F 1999 Phys. Status Solidi. B 215 871

    [2]

    Pavesi L, Bettotti P, Cazzanelli M, Cella S, Daldosso N, Dal Negro L, Danese B, Gaburro Z, Oton C J, Pancheri L, Prakash G V 2002 J. Phys. Condens. Mat. 14 8253

    [3]

    Xia Z Y, Han P G, Wei D Y, Chen D Y, Xu J, Ma Z Y, Huang X F, Chen K J 2007 Acta Phys. Sin. 56 6691(in Chinese)[夏正月、韩培高、韦德远、陈德媛、徐 骏、马忠元、黄信凡、陈坤基 2007 物理学报 56 6691]

    [4]

    Pavesi L 2008 Advances in Optical Technologies 2 416926

    [5]

    Ding G Q, Zheng M J, Xu W L, Shen W Z 2006 Thin Solid Films 508 182

    [6]

    Wang T, Wei D Y, Sun H C, Liu Y, Chen D Y, Chen G R, Xu J, Li W, Ma Z Y, Xu L, Chen K J 2009 Physica E 41 923

    [7]

    Wang M X, Huang X F, Xu J, Li W, Liu Z G, Chen K J 1998 Appl. Phys. Lett. 72 722

    [8]

    Liu Y S, Chen K, Qiao F, Huang X F, Han P G, Qian B, Ma Z Y, Li W, Xu J, Chen K J 2006 Acta Phys. Sin. 55 5403(in Chinese)[刘艳松、陈 铠、乔 峰、黄信凡、韩培高、钱 波、马忠元、李 伟、徐 骏、陈坤基 2006 物理学报 55 5403]

    [9]

    Li X, Wang X W, Li X F, Qiao F, Mei J X, Li W, Xu J, Huang X F, Chen K J 2004 Acta Phys. Sin. 53 4293(in Chinese)[李 鑫、王晓伟、李雪飞、乔 峰、梅嘉欣、李 伟、徐 骏、黄信凡、陈坤基 2004 物理学报 53 4293]

    [10]

    Lee B M, Seong B S, Munetoh S, Motooka T 2006 J. Korean Phys. Soc. 49 2353

    [11]

    Liu W L, Zhang K W, Zhong J X 2009 Chin. Phys. B 18 2920

    [12]

    Tersoff J 1989 Phys. Rev. B 39 5566

    [13]

    Izumi S, Hara S, Kumagai T, Sakai S 2004 Comp. Mater. Sci. 31 258

    [14]

    Mota F D, Justo J F, Fazzio A 1998 Phys. Rev. B 58 8323

    [15]

    Cook S J, Clancy P 1993 Phys. Rev. B 47 7686

    [16]

    van Gunsteren W F, Berendsen J C 1982 Mol. Phys. 45 637

    [17]

    Uttormark M J, Thompson M O, Clancy P 1993 Phys. Rev. B 47 15717

    [18]

    Hatano M, Moon S, Lee M, Suzuki K, Grigoropoulos C P 2000 J. Appl. Phys. 87 36

    [19]

    Xu J, Li X, Cen Z H, Li W, Ma Z Y, Rui Y J, Huang X F, Chen K J 2005 Scripta Mater. 53 811

    [20]

    Zhou J, Chen G R, Liu Y, Xu J, Wang T, Wan N, Ma Z Y, Li W, Song C, Chen K J 2009 Opt. Express 17 156

  • [1]

    Kovalev D, Heckler H, Polisski G, Koch F 1999 Phys. Status Solidi. B 215 871

    [2]

    Pavesi L, Bettotti P, Cazzanelli M, Cella S, Daldosso N, Dal Negro L, Danese B, Gaburro Z, Oton C J, Pancheri L, Prakash G V 2002 J. Phys. Condens. Mat. 14 8253

    [3]

    Xia Z Y, Han P G, Wei D Y, Chen D Y, Xu J, Ma Z Y, Huang X F, Chen K J 2007 Acta Phys. Sin. 56 6691(in Chinese)[夏正月、韩培高、韦德远、陈德媛、徐 骏、马忠元、黄信凡、陈坤基 2007 物理学报 56 6691]

    [4]

    Pavesi L 2008 Advances in Optical Technologies 2 416926

    [5]

    Ding G Q, Zheng M J, Xu W L, Shen W Z 2006 Thin Solid Films 508 182

    [6]

    Wang T, Wei D Y, Sun H C, Liu Y, Chen D Y, Chen G R, Xu J, Li W, Ma Z Y, Xu L, Chen K J 2009 Physica E 41 923

    [7]

    Wang M X, Huang X F, Xu J, Li W, Liu Z G, Chen K J 1998 Appl. Phys. Lett. 72 722

    [8]

    Liu Y S, Chen K, Qiao F, Huang X F, Han P G, Qian B, Ma Z Y, Li W, Xu J, Chen K J 2006 Acta Phys. Sin. 55 5403(in Chinese)[刘艳松、陈 铠、乔 峰、黄信凡、韩培高、钱 波、马忠元、李 伟、徐 骏、陈坤基 2006 物理学报 55 5403]

    [9]

    Li X, Wang X W, Li X F, Qiao F, Mei J X, Li W, Xu J, Huang X F, Chen K J 2004 Acta Phys. Sin. 53 4293(in Chinese)[李 鑫、王晓伟、李雪飞、乔 峰、梅嘉欣、李 伟、徐 骏、黄信凡、陈坤基 2004 物理学报 53 4293]

    [10]

    Lee B M, Seong B S, Munetoh S, Motooka T 2006 J. Korean Phys. Soc. 49 2353

    [11]

    Liu W L, Zhang K W, Zhong J X 2009 Chin. Phys. B 18 2920

    [12]

    Tersoff J 1989 Phys. Rev. B 39 5566

    [13]

    Izumi S, Hara S, Kumagai T, Sakai S 2004 Comp. Mater. Sci. 31 258

    [14]

    Mota F D, Justo J F, Fazzio A 1998 Phys. Rev. B 58 8323

    [15]

    Cook S J, Clancy P 1993 Phys. Rev. B 47 7686

    [16]

    van Gunsteren W F, Berendsen J C 1982 Mol. Phys. 45 637

    [17]

    Uttormark M J, Thompson M O, Clancy P 1993 Phys. Rev. B 47 15717

    [18]

    Hatano M, Moon S, Lee M, Suzuki K, Grigoropoulos C P 2000 J. Appl. Phys. 87 36

    [19]

    Xu J, Li X, Cen Z H, Li W, Ma Z Y, Rui Y J, Huang X F, Chen K J 2005 Scripta Mater. 53 811

    [20]

    Zhou J, Chen G R, Liu Y, Xu J, Wang T, Wan N, Ma Z Y, Li W, Song C, Chen K J 2009 Opt. Express 17 156

  • [1] 杨刚, 郑庭, 程启昊, 张会臣. 非牛顿流体剪切稀化特性的分子动力学模拟. 物理学报, 2021, 70(12): 124701. doi: 10.7498/aps.70.20202116
    [2] 周良付, 张婧, 何文豪, 王栋, 苏雪, 杨冬燕, 李玉红. 氦泡在bcc钨中晶界处成核长大的分子动力学模拟. 物理学报, 2020, 69(4): 046103. doi: 10.7498/aps.69.20191069
    [3] 邵宇飞, 孟凡顺, 李久会, 赵星. 分子动力学模拟研究孪晶界对单层二硫化钼拉伸行为的影响. 物理学报, 2019, 68(21): 216201. doi: 10.7498/aps.68.20182125
    [4] 刘远, 何红宇, 陈荣盛, 李斌, 恩云飞, 陈义强. 氢化非晶硅薄膜晶体管的低频噪声特性. 物理学报, 2017, 66(23): 237101. doi: 10.7498/aps.66.237101
    [5] 陈剑辉, 杨静, 沈艳娇, 李锋, 陈静伟, 刘海旭, 许颖, 麦耀华. 后退火增强氢化非晶硅钝化效果的研究. 物理学报, 2015, 64(19): 198801. doi: 10.7498/aps.64.198801
    [6] 刘海, 李启楷, 何远航. CL20-TNT共晶高温热解的ReaxFF/lg反应力场分子动力学模拟. 物理学报, 2013, 62(20): 208202. doi: 10.7498/aps.62.208202
    [7] 康昆勇, 邓书康, 申兰先, 孙启利, 郝瑞亭, 化麒麟, 唐润生, 杨培志, 李明. 退火对Ge诱导晶化多晶Si薄膜结晶特性的影响 . 物理学报, 2012, 61(19): 198101. doi: 10.7498/aps.61.198101
    [8] 汪志刚, 黄娆, 文玉华. Au-Pd共晶纳米粒子熔化行为的分子动力学研究. 物理学报, 2012, 61(16): 166102. doi: 10.7498/aps.61.166102
    [9] 陈晓雪, 姚若河. 基于表面势的氢化非晶硅薄膜晶体管直流特性研究. 物理学报, 2012, 61(23): 237104. doi: 10.7498/aps.61.237104
    [10] 强蕾, 姚若河. 非晶硅薄膜晶体管沟道中阈值电压及温度的分布. 物理学报, 2012, 61(8): 087303. doi: 10.7498/aps.61.087303
    [11] 马文, 祝文军, 陈开果, 经福谦. 晶界对纳米多晶铝中冲击波阵面结构影响的分子动力学研究. 物理学报, 2011, 60(1): 016107. doi: 10.7498/aps.60.016107
    [12] 马颖, 陈尚达, 谢国锋. SiC晶界薄膜的变电荷分子动力学模拟. 物理学报, 2009, 58(11): 7792-7796. doi: 10.7498/aps.58.7792
    [13] 段宝兴, 杨银堂. 利用Keating模型计算Si(1-x)Gex及非晶硅的拉曼频移. 物理学报, 2009, 58(10): 7114-7118. doi: 10.7498/aps.58.7114
    [14] 张勇, 刘艳, 吕斌, 汤乃云, 王基庆, 张红英. 前端接触势垒高度对非晶硅和微晶硅异质结太阳电池的影响. 物理学报, 2009, 58(4): 2829-2835. doi: 10.7498/aps.58.2829
    [15] 周耐根, 周 浪. 采用纳米晶柱阵列衬底抑制失配位错形成的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3064-3070. doi: 10.7498/aps.57.3064
    [16] 李世彬, 吴志明, 袁 凯, 廖乃镘, 李 伟, 蒋亚东. 氢化非晶硅薄膜的热导率研究. 物理学报, 2008, 57(5): 3126-3131. doi: 10.7498/aps.57.3126
    [17] 胡志华, 廖显伯, 刁宏伟, 夏朝凤, 许 玲, 曾湘波, 郝会颖, 孔光临. 非晶硅太阳电池光照J-V特性的AMPS模拟. 物理学报, 2005, 54(5): 2302-2306. doi: 10.7498/aps.54.2302
    [18] 张 林, 王绍青, 叶恒强. 大角度Cu晶界在升温、急冷条件下晶界结构的分子动力学研究. 物理学报, 2004, 53(8): 2497-2502. doi: 10.7498/aps.53.2497
    [19] 张世斌, 孔光临, 徐艳月, 王永谦, 刁宏伟, 廖显伯. 微量硼掺杂非晶硅的瞬态光电导衰退及其光致变化. 物理学报, 2002, 51(1): 111-114. doi: 10.7498/aps.51.111
    [20] 张世斌, 廖显伯, 安龙, 杨富华, 孔光临, 王永谦, 徐艳月, 陈长勇, 刁宏伟. 非晶微晶过渡区域硅薄膜的微区喇曼散射研究. 物理学报, 2002, 51(8): 1811-1815. doi: 10.7498/aps.51.1811
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-11-12
  • 修回日期:  2009-12-07
  • 刊出日期:  2010-04-05

脉冲激光晶化超薄非晶硅膜的分子动力学研究

  • 1. 南京大学物理系,固体微结构物理国家重点实验室,江苏省光电信息功能材料重点实验室,南京 210093
    基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB613401,2007CB935401),国家自然科学基金(批准号:10874070)和江苏省自然科学基金(批准号:BK2008253)资助的课题.

摘要: 利用准分子脉冲激光晶化非晶硅薄膜是制备高密度尺寸可控的硅基纳米结构的有效方法之一.本文将脉冲激光对非晶硅超薄膜的影响处理为热传导问题,采用了基于Tersoff势函数的分子动力学方法模拟了在非晶氮化硅衬底上2.7 nm超薄非晶硅膜的脉冲激光晶化过程.研究了不同激光能量对非晶硅薄膜晶化形成纳米硅的影响,发现在合适的激光能量窗口下,可以获得高密度尺寸可控的纳米硅薄膜,进而模拟了在此能量作用下非晶硅膜中成核与生长的机理与微观过程,并对晶化所获得的纳米硅薄膜的微结构进行了分析.

English Abstract

参考文献 (20)

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