شماره ركورد
25686
شماره راهنما
NANO2 144
عنوان
شبيه¬سازي ديناميك مولكولي واكنشي تشكيل نانولايه فروالكتريك HfO2 در غياب و در حضور ميدان الكتريكي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
نانو فيزيك
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/11/12
صفحه شمار
176 ص .
استاد راهنما
ابوالقاسم نورمحمدي آبادچي , حسن سبزيان
كليدواژه فارسي
هافنيم¬دي¬اكسايد , تيتانيم¬دي¬اكسايد , نشست بخار شيميايي , نشست لايه اتمي , ديناميك مولكولي واكنشي
چكيده فارسي
در اين پژوهش، فرايند رشد و هستهزايي نانولايههاي TiO₂ و HfO₂ با استفاده از شبيهسازي ديناميك مولكولي واكنشي (RMD) مبتني بر ميدان نيروي ReaxFF مورد بررسي قرار گرفت. در اين بررسي، پديده نشست بخار شيميايي (CVD) در مخلوطهاي گازي واكنشي (TiCl₄ , H₂O) و (HfCl₄ , H₂O) در حضور و غياب بسترهاي مربوطه، يعني تيتانات TiO₂ و هافنيا HfO₂ ، شبيه¬سازي شد. در غياب بستر، براي سامانه حاوي مخلوط گازي (TiCl₄ , H₂O) سه حالت مختلف شامل الف) مخلوط همگن، ب) واكنش¬دهنده¬گان گازي در دو جبهه با فاصله 2 آنگستروم و ج) واكنش¬دهنده¬گان گازي در دو جبهه به فاصله 20 آنگستروم در نظر گرفته شد. نتايج اين شبيه¬سازي¬ها نشان داد در سامانه گازي و در غياب بستر، خوشههايي از گونههاي اكسيدي TiO₂ و HfO₂ تشكيل ميشوند كه بيانگر آغاز فرايند هستهزايي در اين سامانه¬هاي گازي است. در حضور بستر، براي هر دو مخلوط گازي (TiCl₄ , H₂O) و (HfCl₄ , H₂O) سه نسبت مولي استوكيومتري با تعداد مولكولهاي آب الف) بهاندازه، ب) بيشتر و ج) كمتر از نسبت مولي استوكيومتري در نظر گرفته شد. شبيهسازيها نشان داد كه در حضور بستر، فرآيند برخورد گونههاي پيشماده گازي با يكديگر و با سطح بستر منجر به آغاز رشد لايهاي بستر مي¬گردد. اين رفتار بيانگر آن است كه هستهزايي و رشد نانولايههاي تيتانات و هافنيا، به نسبت تعداد مولكول¬هاي آب به تعداد مولكول¬هاي TiCl₄ و HfCl₄ وابسته است و در نسبت¬هاي مختلف تعداد مولكول¬هاي واكنش-دهندگان، سازوكارهاي متفاوتي از برهمكنش و تشكيل پيوند مشاهده ميشود. تحليل نتايج حاصل از شبيهسازيهاي اين طراحي اطلاعاتي درباره چگونگي نشست لايهاي (ALD) اتمي نيز در اختيار ميگذارد. تأثير دما و ميدان الكتريكي بر روي اين شبيهسازيها نيز مورد بررسي قرار گرفت. اين يافتهها نشان ميدهد كه تشكيل و رشد هستههاي نانولايه تيتانات و هافنيا به چيدمان اجزاي گازي، دما و نسبت تعداد مولكولهاي واكنشدهندگان وابسته است. در تحليل نتايج شبيهسازي از كميتهاي تابع توزيع شعاعي، تعداد گونههاي شيميايي مختلف، گشتاور دوقطبي الكتريكي سامانه و تركيب شيميايي لايه سطحي استفاده شده است.
كليدواژه لاتين
Hafnium oxide , Titanium oxide , Atomic layer deposition (ALD) , Chemical vapor deposition (CVD) , Reactive molecular dynamics (RMD) , Reactive force field (ReaxFF)
عنوان لاتين
Reactive molecular dynamics simulation of the formation of ferroelectric HfO2 nanolayer in the absence and presence of external field.
گروه آموزشي
نانو فناوري
چكيده لاتين
In this study, the nucleation and growth mechanisms of TiO₂ and HfO₂ nanolayers were investigated using Reactive Molecular Dynamics (RMD) simulations based on the ReaxFF force field. To analyze the behavior of the precursor species and the underlying nucleation mechanisms, the Chemical Vapor Deposition (CVD) process was simulated for two gaseous systems, (TiCl₄, H₂O) and (HfCl₄, H₂O), both in the presence and absence of their respective substrates, TiO₂ and HfO₂. In the absence of the substrate, three initial configurations were considered for the (TiCl₄, H₂O) system: a homogeneous gas mixture, separated gaseous species with a 2 Å gap, and separated species with a 20 Å gap. The results revealed that for both gaseous systems, (TiCl₄, H₂O) and (HfCl₄, H₂O), oxide clusters of TiO₂ and HfO₂ were formed in the gas phase, indicating the onset of nucleation prior to surface interactions. In the presence of the substrate, three stoichiometric ratios were studied for each gaseous system, including the ideal, water-rich, and water-deficient conditions. The simulations showed that the interaction of precursor species with the substrate surface led to adsorption, bond dissociation, and subsequent layer growth. The results demonstrated that the nucleation and growth mechanisms of titania and hafnia nanolayers are strongly dependent on the molecular ratios of TiCl₄/H₂O and HfCl₄/H₂O, exhibiting distinct reaction pathways and bonding characteristics under different compositions. Furthermore, the effects of temperature and external electric field on growth behavior and structural stability were investigated. The findings revealed that the formation and evolution of TiO₂ and HfO₂ nuclei are governed by the initial configuration of gaseous components, temperature, and the stoichiometric ratio of reactants. Analyses were conducted based on the radial distribution function (RDF), species population, total dipole moment, and chemical composition of the surface layer. Overall, this study provides a comprehensive understanding of the initial nucleation and growth mechanisms in TiO₂ and HfO₂ systems, offering valuable insights into atomic layer deposition (ALD) processes of chemically related oxide materials.
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
157144
نويسنده