Kinetic Monte Carlo Simulations of Cluster Growth in Magnetron Plasmas

Fujioka, Kenji

The present thesis is focused on the growth and development of nano-sized clusters in magnetron cluster sources with an emphasis on how these particles can be modeled through kinetic Monte Carlo simulations. In developing our kinetic Monte Carlo model, we find that standard kinetic Monte Carlo methods are insufficient to accurately capture the full dynamics of the system. We therefore develop a variation to standard kinetic Monte Carlo algorithms that allows for the fluctuating of background conditions to be taken into account. This new variation is analyzed and tested to ensure its agreement with standard methods and is shown to better capture the variability of process rates within the system. Throughout our analysis we focus on the cluster size distribution. Results of the model are examined for the effect of parameter variations to gain insight into how the various processes affect cluster growth. We compare results with an experimental study and find that the developed model can accurately reproduce the size distributions of emitted clusters.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Wachstum von Nanometer großen Clustern in Magnetron-Clusterquellen, wobei der Fokus darauf liegt, wie die Teilchenerzeugung mit Hilfe der kinetischen Monte-Carlo-Methode simuliert werden kann. Während wir unser kinetisches Monte-Carlo-Modell entwerfen, stellen wir fest, dass es mit Standardalgorithmen der kinetischen Monte-Carlo-Methode nicht möglich ist, die volle Dynamik des Systems korrekt zu beschreiben. Deshalb entwickeln wir eine Variante der Standardalgorithmen, welche es erlaubt, fluktuierende Hintergrundbedingungen zu berücksichtigen. Diese neue Variante wird analysiert und getestet, um ihre Übereinstimmung mit den etablierten Zugängen zu zeigen. Außerdem wird gezeigt, dass sie die Veränderlichkeit der Prozess-Raten im System besser erfasst. Das Hauptaugenmerk all dieser Untersuchungen liegt auf der Clustergrößenverteilung. Die Ergebnisse der Modellierung werden im Hinblick darauf untersucht, wie sich durch Parametervariation der Einfluss der verschiedenen Prozesse auf das Clusterwachstum verstehen lässt. Zudem vergleichen wir die Ergebnisse mit experimentellen Untersuchungen und stellen fest, dass sich das entwickelte Modell eignet, um die Größenverteilungen emittierter Cluster genau zu beschreiben.

Cite

Citation style:

Fujioka, Kenji: Kinetic Monte Carlo Simulations of Cluster Growth in Magnetron Plasmas. 2015.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export