薄膜的生長過程和薄膜結構-文庫吧
2025-04-17 13:42 本頁面
【正文】 襯底之間浸潤性較差的情況下，薄膜的形核過程可以近似地被認為是一個自發(fā)形核的過程。 從過飽和氣相中凝結出一個球形的新相核心的過程： 薄膜生長過程和結構 13 ?形成新相核心時， 體自由能變?yōu)?4/3)πr3ΔGv ΔGv — 單位體積的固相在凝結過程中的相變自由能之差。 pv、 p — 凝結相的平衡蒸氣壓和氣相的實際壓力；Jv、 J — 凝結相的蒸發(fā)通量和氣相的沉積通量； Ω — 原子體積。 薄膜生長過程和結構 14 當過飽和度為零時， ΔGv=0，沒有新相的核心形成，或者已經形成的新相核心不再長大； 當氣相存在過飽和現(xiàn)象時， ΔGv0，它就是新相形核的驅動力。 氣相的過飽和度 S=(ppv)/pv ，則 薄膜生長過程和結構 15 ?新相核心形成的同時，還伴隨有新的固 — 氣相界面的形成，它導致相應 表面能的增加 4πr2γ。 γ — 單位核心表面的表面能。 自由能變化 ΔG取得極值的條件為 dΔG/dr = 0，即 臨界核心半徑 形成一個新相核心時，系統(tǒng)的自由能變化為 形成臨界核心時系統(tǒng)自由能變化 S越大， △ G*越小。 薄膜生長過程和結構 16 形核過程的能壘 核心的生長使自由能下降。 減小自身尺寸降低自由能； 薄膜生長過程和結構 17 壓力對 n*的影響： rr*時，不穩(wěn)定的核心與氣相原子或者襯底表面的吸附原子之間存在著可逆反應 jA←→ Nj Nj — 含有 j個原子的不穩(wěn)定新相核心； A — 氣相中的單個原子。 上述過程的自由能變化為 ΔG = Gj – jG1 Gj — 一個新相核心的自由能 。 G1 — 一個氣相原子的自由能。 核心數(shù)量與吸附原子數(shù)量之間的平衡常數(shù) nj — 含 j個原子的核心的面密度； n1 — 襯底表面單個原子的面密度。 薄膜生長過程和結構 18 ΔG* — 臨界核心的形核自由能； ns — 依賴于 n1的常數(shù)。 臨界核心的面密度 n* 取決于 n1和 ΔG*， n1正比于氣相原子的沉積通量 J或氣相的壓力 p， ΔG*也依賴于 p。因此， 當氣相壓力或沉積速率上升時， n* 將會迅速增加 。 薄膜生長過程和結構 19 溫度對 n*的影響： ?溫度增加會提高新相的平衡蒸氣壓，并導致 ΔG*增加而形核率減小； ?溫度增加時原子的脫附幾率增加。 在一般情況下， 溫度上升會使得 n* 減少 ，而降低襯底溫度一般可以獲得高的薄膜形核率。 但在某些情況下，動力學因素又起著關鍵性的作用：低溫時化學反應的速度下降，造成薄膜形核率反而降低。 薄膜生長過程和結構 20 獲得平整、均勻薄膜的方法 : 提高 n*，即降低 r* 。 ?從熱力學的角度考慮： 在薄膜沉積的形核階段大幅 提高氣相過飽和度 ，以形成核心細小、致密連續(xù)薄膜。 ?從動力學的角度考慮： 降低襯底的溫度 可以抑制原子和小核心的擴散，凍結形核后的細晶粒組織，抑制晶核的長大過程。使得沉積后的原子固定在其初始沉積的位臵上，形成特有的低溫沉積組織。 采用 離子轟擊 的方法抑制三維島狀核心的形成，使細小的核心來不及由擴散實現(xiàn)合并就被后沉積來的原子所覆蓋，以此形成晶粒細小、表面平整的薄膜。 薄膜生長過程和結構 21 薄膜的非自發(fā)形核理論 非自發(fā)形核過程的熱力學 薄膜生長過程和結構 22 形成一個原子團時的自由能變化為 ΔGv — 單位體積的相變自由能，它是薄膜形核的驅動力； — 氣相 (v)、襯底 (s)與薄膜 (f)三者之間的界面能； a a a3 — 與核心形狀有關的常數(shù)。 對于圖示的冠狀核
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1