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Modelling and simulation of surface morphology driven by ion bombardment

Modellieren und Simulation der Oberflächenmorphologie gefahren durch Ionenbombardierung

by Emmanuel Oluwole Yewande
Doctoral thesis
Date of Examination:2006-05-02
Date of issue:2006-06-22
Advisor:PD Dr. Alexander Hartmann
Referee:Prof. Dr. Hans Christian Hofsäss
Referee:Prof. Dr. Reiner Kree
Referee:Prof. Dr. Helmut Grubmüller
crossref-logoPersistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2787

 

 

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Name:yewande.pdf
Size:1.81Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
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Abstract

English

Non-equilibrum surfaces, at nanometer length scales, externally driven via bombardment with energetic particles are known to exhibit well ordered patterns with a variety of applications in nano-technology. These patterns emerge at time scales on the order of minutes. Continuum theory has been quite successful in giving a general picture of the processes that interplay to give the observed patterns, as well as how such competition might determine the properties of the nanostructures. However, continuum theoretical descriptions are ideal only in the asymptotic limit. The only other theoretical alternative, which happens to be more suitable for the characteristic length-and time-scales of pattern formation, is Monte Carlo simulation.In this thesis, surface morphology is studied using discrete solid-on-solid Monte Carlo models of sputtering and surface diffusion. The simulations are perfomed in the context of the continuum theories and experiments. In agreement with the experiments, the ripples coarsen with time and the ripple velocity exhibits a power-law behaviour with the ripple wavelength, in addition, the exponent was found to depend on the simulation temperature, which suggests future experimental studies of flux dependence. Moreover, a detailed exploration of possible topographies, for different sputtering conditions, corresponding to different materials, was performed. And different surface topographies e.g. holes, ripples, and dots, were found at oblique incidence, without sample rotation. With sample rotation no new topography was found, its only role being to destroy any inherent anisotropy in the system.
Keywords: Non-equilibrium; surfaces; ion bombardment; self-organized nano patterns; Monte Carlo simulation; continuum theory; ripple coarsening; topography; quantum dot

Other Languages

Non-equilibrum Oberflächen, an den Nanometerlänge Skalen, außen gefahren über Bombardierung mit energischen Partikeln bekannt, um gut bestellte Muster mit einer Vielzahl von Anwendungen in der Nanotechnologie auszustellen. Diese Muster tauchen an den Zeitskalen auf dem Auftrag von Minuten auf. Kontinuumtheorie ist ziemlich erfolgreich gewesen, wenn sie eine allgemeine Abbildung der Prozesse gab, die die Wechselwirkung, zum der beobachteten Muster zu geben, sowie, wie solche Konkurrenz die Eigenschaften der nanostructures feststellen konnte. Jedoch sind theoretische Beschreibungen des Kontinuums nur in der asymptotischen Begrenzung ideal. Das einzige andere theoretische Alternative, die geschieht, für die Eigenschaft Länge-und die Synchronisierzeitmarken der Musteranordnung verwendbarer zu sein, ist Monte-Carlo Simulation. In dieser These wird Oberflächenmorphologie mit getrennten fest-auf-festen Monte-Carlo Modellen der spritzenden und Oberflächendiffusion (Zerstäubung) studiert. Die Simulationen sind perfomed im Kontext der Kontinuumtheorien und -experimente. In Übereinstimmung mit die Experimente, coarsen die Kräuselung mit Zeit und die Kräuselunggeschwindigkeit Ausstellungen ein Energie-Gesetz Verhalten mit der Kräuselungwellenlänge zusätzlich der Exponent wurden gefunden, um von der Simulation Temperatur abzuhängen, die zukünftige experimentelle Studien der Flußabhängigkeit vorschlägt. Außerdem wurde eine ausführliche Erforschung der möglichen topographies, für unterschiedliche Spritzenzustände, entsprechend unterschiedlichen Materialien, durchgeführt. Und unterschiedliche Oberflächentopographies z.B. Bohrungen, Kräuselung und Punkte, wurden an der schiefen Ausdehnung, ohne Beispielumdrehung gefunden. Mit Beispielumdrehung wurde keine neue Topographie, seine nur Rolle gefunden, die jede zugehörige Anisotrophie im System zerstören soll.
Schlagwörter: Non-equilibrium; Oberflächen; Ionenbombardierung; Selbst--organisierte nano Muster; Monte-Carlo Simulation; Kontinuumtheorie; die coarsening Kräuselung; Topographie; Quantenpunkt
 

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