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大規模分子動力学計算によるシリコン熱酸化過程の研究

利用大规模分子动力学计算研究硅热氧化过程

基本信息

批准号：
00J05547
负责人：
渡邉孝信
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Waseda University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、これまで開発した手法を総動員し、Si結晶表面の酸化が1原子層毎に進行する現象、および酸化膜に残る周期構造の実体を解明した。また、本研究で最大の目標であった、O_2分子を扱える新Si, O系用ポテンシャル(ダイナミックボンドポテンシャル)も完成させた。Si酸化膜に関する2つの大きな謎の解明、全く新しい分子動力学手法の発案など、計画当初の目標を大きく上回る成果を挙げることができた。以下、主要な実績について概要を述べる。(1)1原子層毎酸化の機構解明当初遠距離クーロン相互作用に注目し、Particle Mesh Ewald法をプログラムに実装して計算したが、1原子層毎酸化は再現できなかった。歪エネルギー、中間酸化状態のSi原子の化学ポテンシャルでも説明できないことがわかり、研究は一時暗礁に乗り上げた。そこで、SiO_2/Si界面で2次元の島状酸化領域が出現するという従来の定説を今一度見直したところ、酸化種がランダムに拡散して界面のSiを酸化する、という描像で1原子層毎酸化が再現できることを発見した。(2)熱酸化膜からのX線回折パターンの再現酸化膜厚10nmという巨大酸化膜模型を作成し、熱酸化膜のX線回折パターンの再現に世界で初めて成功した。酸化膜は単なるアモルファスではなく、元のSi結晶に由来する秩序を残していることが本研究で明らかとなった。(3)ダイナミックボンドポテンシャルの完成結合相手を決定する要素自体の運動を記述する全く新しいラグランジュ関数を考案し、O_2分子の取り扱いを可能にした。極座標系とデカルト座標系が混在する複雑な式となったが、指導教授である北田教授から学んだ数学を活かして、運動方程式・内部ストレステンソルを正確に求め、この系の分子動力学計算を実現した。温度制御、圧力制御法を併用した場合でもハミルトニアンが保存することを確認した。

This year, the development of new technology, silicon crystal surface acidification of 1 atomic layer of the phenomenon, and acidification of the film residual periodic structure of the reality has been explained The most important purpose of this study is to use O_2 molecules to form new Si, O systems. Si acidification film related to the two major mysteries of the solution, the whole new molecular dynamics approach to the development of the project, the original purpose of the project, the results of the review The following is a summary of the main achievements. (1)1 Atomic layer acidification mechanism analysis of the initial long-range interaction, Particle Mesh Ewald method to calculate the first, the first atomic layer acidification reproduction The chemical composition of Si atoms in the intermediate acidified state is explained in detail. SiO_2/Si interface, 2-D island-like acidizing domain, 1-D acidizing domain, (2)X-ray reflection of thermal acidified film and reconstruction of acidified film with thickness of 10nm were successfully established. This study shows that the structure of the acidified film is different from that of the original Si crystal. (3)A complete description of the motion of the element itself, a complete description of the motion of the element itself, a complete description of the motion of the element itself, and a possible selection of the O_2 molecule Polar coordinate system, coordinate system, molecular dynamics calculation, etc. When temperature control and pressure control are used together, it is confirmed that the temperature control and pressure control are stable.