شبيه‌سازي مونت كارلوي فرايند لايه نشاني با ليزر پالسي و بررسي تغيير فاصله هدف تا زيرلايه بر مشخصات لايه‌ها

Monte Carlo simulation of the Pulsed Laser Deposition Process and Investigation of the Target-to-Substrate Distance Variations on the Characteristics of Thin Films

در این مقاله، فرایند لایه نشانی با لیزر پالسی و در حضور گاز پس‌زمینه به روش مونت كارلو شبیه‌سازی شده است. به طور خاص رشد فلز آلومینیوم در محیط گاز زنون پس‌زمینه و در فشار 50 میلی تور شبیه‌سازی شده است. فواصل هدف - زیرلایه برابر با 10، 15، 20، 25 و 30 میلی متر در شبیه‌سازی‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند. اطلاعات مكانی و انرژی توده یون‌های پلاسمایی شكل گرفته در این روش و نیز اطلاعات مشابه برای یون‌های كندوپاش شده از سطح لایه درحال رشد جمع‌آوری شده‌اند. توزیع ضخامتی لایه‌ها با استفاده از اطلاعات یون‌های عبوری و كندوپاش شده از سطح لایه محاسبه شده است. نتایج نشان‌دهندۀ احتمال شكل‌گیری حفره در مركز لایه‌های درحال رشد به این روش و تشدید آن با كاهش فاصله هدف - زیرلایه است. نتایج شبیه‌سازی بیانگر نقش مؤثر یون‌های كندوپاش شده از سطح لایه در شكل‌گیری این نوع حفره‌ها است. 

In this paper, Pulsed Laser Deposition (PLD) process at the presence of a background gas was simulated using the Monte Carlo method. Specifically, growth of aluminum metal in xenon background gas at the pressure of 50 mTorr was simulated. Target-to-substrate distances of 10, 15, 20, 25 and 30 mm are used in simulations. Spatial and energy information of the ions in the ablated plasma plume that forms in this method, as well as the sputtered ions from the growing thin film were collected. Thickness profile of the growing thin films was calculated using the spatial information of the transmitted and the sputtered ions. The results showed the possibility of dip formation at the center of the grown thin films with this method and its intensification by decreasing the target-to-substrate distance. The simulation results demonstrated the effective role of the sputtered ions from the growing thin film in the formation of this type of dips.