金属薄膜蒸着の微視的機構の解明

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蒸着法による金属薄膜の作成は古くより行われており多くの実験データが蓄積されているが、その微視的機構を生成途中に観測する手段が限られているために、生成後の薄膜物性の測定から成長過程を推測する他なく、基礎科学の見地からも、また用途に応じた薄膜製造の制御という応用面からも、薄膜生成時の微視的ダイナミクスの解明に興味が持たれている。本研究は、分子動力学法によるコンピュータシミュレーションを用いて基板上への金属薄膜生成の過程を微視的に調べることを目的とした。はじめに、最も簡単な例として、基板・蒸着原子ともにLennard-jones相互作用を持つ単原子分子系についてシミュレーションを行ったところ、蒸着の様子は基板と蒸着原子の間の相互作用に強く依存することが見出された。即ち、Lorentz-Beltherot則に従う場合には凝縮係数はほぼ1(完全凝縮)となりエピタキシャル成長となるのに対し、相互作用を弱めていくにつれて凝縮係数が下がり、島状成長へと変化した。こうした予備研究は、実際の系をある程度説明するが、蒸着レートや入射分子の速度への依存性については満足する結果を与えない。そこで、塩化ナトリウム基板上への貴金属(AuおよびAg)の蒸着を例にとって実際に近い系をシミュレートするため、Gaussian94を用いたabinitio量子化学計算による原子間相互作用の構築を行った。種々の原子配置に対し量子化学計算により求めたポテンシャルエネルギーを分散力とクーロンカの和として表現するパラメタフィッティングを行い、ほぼ満足できるポテンシャルモデルを得ることができた。今後、このモデルを用いたシミュレーションによりシミュレーションを行い、実験との対比により薄膜生成の微視的機構を解明していく予定である。