外延薄膜生长过程的力学表征和连续相场模拟

外延技术在当代半导体制造工艺中占有核心地位。无论是设计计算机心脏的超大规模集成电路，还是现代通信技术中不可缺少的光电子器件，其核心结构都涉及一层或多层薄膜材料，必须依靠外延技术来制备，这涉及到薄膜的生长过程。本项研究意在揭示薄膜生长过程中与动态界面相关联的诸如原子扩散、界面运动、薄膜生长中的岛的生长等非平衡过程中遇到的各种现象的物理内涵。从力学、材料学和凝聚态物理角度出发，在非平衡态热力学耗散结构和动力学框架下，研究变形、原子传输、扩散、长大的相互作用。从普遍适用的基本定律出发，推导适合描述薄膜生长过程的本构模型，补充实验不能直接测量的东西。采用金兹堡朗道相场法对薄膜生长过程进行数值模拟，揭示薄膜界面结构的演化过程，从而探索由薄膜的不同生长过程产生薄膜特定的表面结构。通过理论和数值方面的研究成果辅以实验验证，可实现根据薄膜生长过程来预报薄膜的表面结构特征，达到预报材料使用效能的目的。