题目：膜-基界面的结构表征及能量计算

　　对于薄膜特别是柱状晶薄膜，当晶粒在膜平面内的尺寸大于膜厚时，柱状晶粒的上底面（即自由表面）和下底面（即膜－基界面）的面积将大于侧面（即晶界面）的面积，因此薄膜中的晶粒生长除像整体材料中的晶粒生长一样考虑晶界能外，还需要考虑表面能和界面能，因为各向异性的表面能和界面能将导致薄膜中的异常晶粒生长和织构变化。另外膜-基界面结构及能量除直接影响膜．基结合强度外，对薄膜本身的性能也有一定影响。　　本文采用重合位置点阵（CSL）的方法表征了Ag、Au、Al和Cu四种面心立方（FCC）金属的（001）、（011）和（111）取向的半无穷大晶体分别与Si的（001）和（111）取向的半无穷大晶体构成的扭转界面的结构，并应用改进嵌入原子法（MEAM）计算了它们的能量。　　首先，我们应用Matlab程序确定了Ag、Au、Al和Cu四种面心立方（FCC）金属的（001）、（011）和（111）取向的半无穷大晶体分别与Si的（001）和（111）取向的半无穷大晶体构成的扭转界面的扭转角θ、二维重合密度的倒数∑ˉ*_M，，／Σˉ*_Si、传递矩阵U_1（=U_M）和U_2（=U_Si）的元素uˉM_ü和uˉSi_ij（i=1，2；j=l，2）以及对应的失配度F_i（i=1，2）。　　然后应用改进嵌入原子法（MEAM）计算了这些扭转界面能量，得到以下主要结论：　　（1）不同于晶界能，由两种不同材料的相同取向的半无穷大晶体构成的界面，对应扭转角θ=0°的界面能并非为零。　　（2）由任意两个取向的半无穷大晶体构成扭转界面时，两晶体间存在一个与扭转角无关且使界面能为最小值的最佳（平衡）距离d_e=d_0+△d_e，（其中d_0=d_si（hkl）+d_m（h`k`l`）/2,△d_e为其平衡时的增加量），并且△d_e和不同扭转角的平均界面能E随d_0的增加而减小。Ag、Au、Al矛ElCu四种面心立方（FCC）金属的（001）、（011）和（111）取向的半无穷大晶体与si的（001）和（111）取向的半无穷大晶体构成的扭转界面的△d_e分别是O.045、O.075、O.030，O.04、O.O7、O.025,O.045、O.075、O.035，0.O4、O.060、O.025;0.060、O.090、O.050，O.055、O.085、O.040;0.070、0.095、0.060，O.065、0.075、0.055nm。　　（3）对于Si（001）或Si（111）基底上的Ag、Au、Al或Cu四种面心立方金属膜，当膜的（111）、（001）和（011）晶面平行与基体平面时，其界面能依次增加。从界面能最小化考虑，附着在Si（001）或Si（111）基底上的Ag、Au、AI或Cu四种面心立方金属膜的择优取向为（111），它们各自的（111）、（001）和（011）取向膜的择优扭转角（最低能量）分别为8.16、43.42、44.46，30、0、25.24。（687.3、1021.1、1310.9，365、717.7、996．lmJ／mˉ2）；2.42、41.69、43.97，2.68、0、25.24c°（588.6、846.8、1238.4，288.4、569.6、896.2mJ／mˉ2）；12.67、43.42、43.96，9074、0、24.33°（977.7、1311.3、1677，778.9、1093.8、1293.4mJ／mˉ2）；15、45、O，3.58、11.46、30。（2201.1、2412.7、2512.9，1975.5、2216.7、2301.9mJ／mˉ2）（在半周期内）。　　（4）对于Si（001）或Si（111）基底上的同一取向的Ag、Au、AI或Cu四种面心立方金属膜，其界面能按Au、Ag、AI和Cu的次序增加。　　（5）对应高重合度（∑ˉ*_M／∑ˉ*_D为较小值）的界面，其能量不一定较小。