Modelování vlivu kinetické energie atomů kovu a kyslíku na růst krystalických oxidů

Martin MATAS

Bachelor's thesis

Modelling of the effect of kinetic energy of metal and oxygen atoms on the growth of crystalline oxides

Abstract:

Práce za pomoci klasické molekulární dynamiky využívající Buckinghamův empirický potenciál optimalizuje některé technické parametry simulační procedury, a následně simuluje růst vrstev Al2O3 na substrátu alfa-Al2O3 (0001) za teploty 300 K. Byla vyhodnocena zejména krystalinita vzniklých vrstev v závislosti na poměru počtů pomalu (1 eV) a rychle dopadajících atomů. Prokázalo se, že při dodržení optimální energie rychle dopadajících atomů 60 eV a nepřítomnosti pomalých atomů může krystalická vrstva alfa-Al2O3 nepřetržitě růst již za teploty 300 K. S rostoucím podílem pomalých atomů se krystalinita vrstvy snižuje; toto snížení je přítomné také v případě energie rychlých atomů zvýšené za účelem zachování průměrné hodnoty 60 eV na dopadající atom. Stejný trend byl nalezen i pro případ měnícího se podílu rychlých atomů jen jednoho z prvků. Rovněž bylo odhaleno zvýšení krystalinity pro vyšší cutoff Buckinghamova potenciálu. Zjištěné poznatky tak určují možný způsob nízkoteplotní depozice krystalického alfa-Al2O3 a zároveň upozorňují na významné, ale dosud opomíjené metodologické aspekty těchto simulací.

Abstract:

Classical molecular dynamics using the Buckingham empirical potential was employed to optimize some technical parameters of the simulation procedure, and then to simulate the growth of Al2O3 thin films on alpha-Al2O3 (0001) substrate at 300 K. Crystallinity of the films obtained was investigated as a function of the fast / slow (1 eV) film-forming atoms ratio. It was demonstrated that a crystalline alpha-Al2O3 film can grow even at a temperature of 300 K if the optimum arriving atom energy of 60 eV as well as zero number of slow atoms are being kept. Increasing fraction of slow atoms leads to a decreasing film crystallinity; this trend is present also in the case of energy of fast atoms enhanced in order to keep the average value of 60 eV per arriving atom. The same trend was found in the case of varying the fraction of fast atoms only for one of the elements. Furthermore, higher crystallinity was obtained for a higher Buckingham potential cutoff. The findings show a possible way towards low-temperature deposition of crystalline alpha-Al2O3 and in parallel call attention to important but previously neglected methodological aspects of these simulations.

Keywords

Al2O3, molekulární dynamika, růst krystalu, růst v přítomnosti iontů, design cest pro přípravu materiálů požadovaných vlastností

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 5. 2016

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Doc. Ing. Jiří Houška, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Bachelor programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Applied and Engineering Physics