表面外延动力学的相场方法

摘要： 我们提出了一种基于相场法的模拟外延生长过程的方法。该基础模型中，生长始于加热表面上的原子通量沉积。沉积原子在此通量作用下扩散，最终碰撞形成岛状结构——这些岛的边界会随着边缘迁移原子的附着与脱附而不断生长或消亡。我们针对该模型实施的相场法包含均匀沉积、各向同性表面扩散以及时空随机成核机制（即表面原子会"凝结"入岛或从岛中"蒸发"）。在岛屿尚未明显聚并的亚单层生长阶段，本模型的计算结果与动力学蒙特卡洛（KMC）模拟关于覆盖度依赖性的原子密度、岛密度及岛尺寸分布结果高度吻合（适用于可逆与不可逆生长情形）。通过均匀速率方程获得的岛密度标度律，在不可逆生长及恒温变通量的可逆生长条件下均与KMC模拟一致；对于变温恒通量的可逆生长，则需借助临界团簇形成能的估算才能达成吻合。综合而言，本研究全面分析了相场法在外延生长亚单层阶段的适用性，验证了原子/岛密度的主要标度律及岛尺寸分布的标度函数，并指明了该方法可拓展改进的方向。