経路確率法及びモンテカルロ・シミュレーションによる結晶成長の研究

1992 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 04227201
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 和田 宏 北海道大学, 理学部, 教授 (50000857)
• Keywords: 非平衡統計力学 / 分子線エピタキシー(MBE) / SOS模型 / Si(001) / 経路確率法(PPM) / 反射高速電子線回折(RHEED)

Research Abstract

結晶成長理論の原子レベルでの取り扱いは,ほとんどモンテカルロ・シミュレーションか分子動力学あるいは現象論的取り扱いである。
菊池により開発された経路確率法(PPM)は非平衡統計力学の手法であり,近似理論ではあるが,原子レベルでの運動,特に拡散運動を取り扱うことができ,これまで相転移及び輸送現の取り扱いに多くの成果を上げてきた。我々はPPMにより結晶成長理論の解析的取り扱いの開発を行っているが,本年度の成果は次のようようである;
異方性相互作用をもつモデルとしてSi(001)面のSiの成長を調べるため,PPMの対近似を使って,分子線エピタキシー法(MBE)による結晶成長を記述する方程式を導びいた。得られた運動方程式を数値積分し,次の結果を得た。
(1)平担面
RHEED(反射高速電子線回折)強度振動には方向依存性があり,1原子層周期と2原子層周期のものが得られる事を示した。
これは一層毎に変化する異方性によるものである。
(2)微斜面
アニーリング中と結晶成長中における微斜面のAテラスとBテラスの割合の時間変化を調べた。温度が上昇すると層成長モードから,Aステップにおいて二層ステップが形成され,二層ステップ伝ぱんモードに変化することを表面モルフォロジーを計算することにより明らかにした。
以上の結果は,定性的に実験結果をよく説明する。
また同時に行ったモンテカルロ・シミュレーションの結果と定量的にも一致することを示した。

Research Products

• [Publications] Takashi Uchida: "Kinetics of MBE growth on flat and stepped surfaces" Appl.Surf.Sci.60/61. 234-239 (1992)
• [Publications] Koh Wada: "On the anti-causal path of the path probability method" Phys.Lett.A161. 353-356 (1992)
• [Publications] 和田 宏: "微斜面上でのMBE成長の経路確率法による解析" 日本結晶成長学会誌19. 19. 179-186 (1992)
• [Publications] Tetsuya Uchida: "Study of MBE growth by the path probability method and Monte Carlo simulation." to be published in the Proceeding of CAMSE'92,JAPAN. (1993)
• [Publications] Koh Wada: "Relaxation Kinetics of the Path Probability Method" to be published in Prog.Theor.Suppl.