• 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

    سعادت، كيميا