中能粒子致密化二氧化硅薄膜的结构性质

采用经典分子动力学模拟，研究了按照简化的离子束辅助沉积（IBAD）方案沉积在非晶二氧化硅表面上的二氧化硅薄膜的致密化机制。我们将近热能（1 eV）SiO$_{2}$ 粒子的沉积结果与逐渐增加 30 eV SiO$_{2}$ 粒子比例所得结果进行了比较。结果表明，存在一个能量区间——平均每个凝聚 SiO$_2$ 单元 12 至 15 eV——在该区间内生长产生致密、低应力的非晶结构，与低能离子束实验结果令人满意地吻合。我们还发现，低密度与高密度薄膜之间的转变伴随着拉伸应力向压缩应力的转变，以及 \emph{a-}SiO$_2$ 网络结构缺陷（即三圆环和四圆环）的同时愈合。最后观察到，致密化过程伴随着中等长度尺度（4--10 \AA）上的显著变化，而网络的“构建基元”，即 Si(O$_{1/2}$)$_{4}$ 四面体，基本保持不变。后一结果与解释从高压（$\sim$ 15--20 GPa）恢复的非晶二氧化硅不可逆致密化所提出的机制定性吻合。