Étude de phénomènes cinétiques à longue portée lors de la croissance épitaxiale à l'aide de la méthode Monte Carlo cinétique

L'objectif principal de cette these est d'etudier les phénomènes cinétiques à longue portée lors de la croissance épitaxiale à l'aide de la méthode Monte Carlo cinétique (KMC). Nous étudions d'abord l'impact des sauts à longue portée et du régime d'agrégation réversible sur la croissance d'une surface singulière. Nous présentons ensuite une variante de la méthode KMC qui permet de réduire les temps de simulations. À l'aide de cette nouvelle méthode, nous analysons finalement l'impact de la germination sur la croissance de surfaces vicinales. Dans une étude de l'impact de l'agrégation réversible et de la loi de Meyer-Neldel sur la croissance épitaxiale, nous observons que la densité d'atomes, de même que la densité de petits îlots est telle que la distribution de taille des îlots est bimodale. Les fréquents événements de détachement font ainsi croître le nombre d'atomes non liés aux ilots et cette grande densité augmente par le fait même la probabilité de germination, menant à une importante densité de petits îlots. Dans un tel cas, ces petits îlots sont métastables en ce sens qu'ils ont une grande probabilité de se fragmenter suite à un événement de détachement. Les sauts à longue portée accentuent la distinction entre les deux modes de cette distribution en permettant aux atomes détachés de s'éloigner davantage des îlots. Ainsi, les sauts à longue portée font augmenter le coefficient de diffusion effectif des atomes qui présente alors un comportement supra-Arrhenius d'autant plus important que la portée maximale des sauts est grande. Ce comportement ne peut être compensé par la modiffication de la température de croissance puisque les taux d'activation de tous les événements varient de façon non linéaire avec cette température. Puisque les événements les plus fréquents dans nos simulations sont les événements de diffusion simple (alors qu'un atome n'est pas encore incorporé à un îlot), qui comptent pour près de 80% de la totalité des événements simulés, nous développons une variante de la méthode KMC qui permet de réduire le temps de calcul requis pour de tels événements. Pour ce faire, nous catégorisons les atomes en deux groupes, l'un contenant les atomes assez loin des autres pour pouvoir être considérés comme exempts d'interaction (en lien avec le modèle utilisé dans nos simulations KMC) et l'autre contenant tous les atomes liés. Cette condition de "non interaction" permet alors de réduire le nombre de mises à jour requises lors de la diffusion des atomes concernés sans nécessiter d'approximation par rapport à la méthode KMC. Nous présentons alors une nouvelle méthode qui porte le nom de LAUKMC pour low adatom update KMC. Nos simulations appliquant une telle stratégie sont jusqu'à environ