分子束外延生长模拟软件 分子束外延是一种在超高真空环境下，将原子或分子以“束流”形式喷射到单晶衬底上，从而逐层生长出单晶薄膜的工艺。其核心特点是生长速度极慢（通常每分钟仅生长零点几到几个原子层），且生长过程远离热力学平衡，因此能够实现原子级精度的厚度控制和组分调制。 要模拟MBE生长，必须首先构建其物理模型。该模型主要包含几个关键动力学过程： 入射束流 （描述原子到达衬底表面的速率和方向）、 表面吸附 （原子暂时附着在表面）、 表面迁移 （吸附原子在表面热扩散）、 成核与合并 （迁移原子相遇形成稳定岛或并入已有台阶）、 脱附 （原子获得足够能量离开表面）。描述这些过程通常使用基于 速率方程 的 动力学蒙特卡罗 方法。 模拟软件需要一个能够描述晶体表面形貌演化的计算框架。最常用的是 晶格模型 ，将表面离散化为规则的网格点。每个格点可被占据（有原子）或空位。原子的迁移被模拟为在不同格点间的随机跳跃，其概率由 活化能势垒 决定，该势垒通常依赖于原子的局部环境（如近邻原子数），这体现了晶体生长的化学键效应。 软件会引入特定的 生长条件参数 来驱动模拟。关键参数包括： 衬底温度 （主要影响原子迁移率和脱附率）、 束流等效压力 （即入射原子通量，决定生长速率）、 衬底晶向 （影响表面原子键合和台阶结构）。改变这些参数会显著影响模拟得到的薄膜形貌。 在设定好模型和参数后，软件执行 动力学蒙特卡罗 模拟。它随机选择事件（如原子跳跃、原子入射、原子脱附），并根据其发生的概率来决定是否执行。模拟时间通过事件的概率进行累加来推进。软件会逐步模拟从初始表面（理想平整或带有缺陷的表面）开始，在外延生长过程中，表面 二维岛 的成核、生长、合并以及 台阶流动 的动态演变过程。 模拟完成后，软件会输出并分析结果。主要分析包括： 表面形貌可视化 （显示原子的堆积状态）、 表面粗糙度定量计算 （如均方根粗糙度）、 岛尺寸分布统计 、 台阶密度 以及 薄膜的晶体结构完整性 评估。通过比较不同参数下的结果，可以预测何种工艺条件能获得最光滑、缺陷最少的理想薄膜，从而在实际MBE生长前进行工艺窗口优化。