薄膜的生長過程和薄膜結構-wenkub
2023-05-17 13:42:10 本頁面
【正文】 。 ?非自發(fā)形核 ：除了有相變自由能作推動力之外，還有其他的因素起著幫助新相核心生成的作用。 薄膜生長過程和結構 10 3)在層狀外延生長表面是表面能比較高的晶面時，為了 降低表面能 ，薄膜力圖將暴露的晶面改變?yōu)榈湍芫?。為松弛應變能，生長到一定厚度，薄膜生長轉化為島狀模式。 在極端情況下，即使是沉積物的分壓已低于純組元的平衡分壓時，沉積的過程也會發(fā)生。 島狀核心的形成表明，被沉積的物質與襯底之間的 浸潤性較差 。 薄膜生長過程和結構 2 新相的形核階段：氣態(tài)的原子或分子凝聚到襯 底表面，擴散遷移形成晶核，晶核結合其他吸 附的氣相原子逐漸長大形成小島。薄膜生長過程和結構 1 5 薄膜的生長過程和薄膜結構 薄膜生長過程概述 薄膜的生長過程直接影響薄膜的結構和性能。 表面擴散 核形成 核成長 原子團 臨界值 穩(wěn)定值 入射原子束 再蒸發(fā) 反射 入射原子束直接碰撞 臨界核 穩(wěn)定核 薄膜生長過程和結構 3 電子衍射ED 透射電子顯微鏡 TEM 薄膜的生長階段：小島階段； 聚結階段； 溝道階段； 連續(xù)薄膜階段。 許多金屬在非金屬襯底上都采取這種生長模式。 薄膜生長過程和結構 7 (3)層狀 —島狀 (StranskiKrastanov)生長模式 最開始的一兩個原子層的層狀生長之后，生長模式從層狀模式轉化為島狀模式。 薄膜生長過程和結構 9 2)在 Si、 GaAs等半導體材料的晶體結構中，每個原子分別在四個方向上與另外四個原子形成共價鍵。因此薄膜在生長到一定厚度之后，生長模式會由層狀模式向島狀模式轉變。 薄膜生長過程和結構 12 在薄膜與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。 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。 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。 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。 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。 ?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。 對于圖示的冠狀核心， 薄膜生長過程和結構 23 根據表面能之間的平衡條件，核心形狀的穩(wěn)定性要求各界面能之間滿足 即 θ只取決于各界面能之間的數量關系。 薄膜生長過程和結構 25 非自發(fā)形核過程的臨界自由能變化為 非自發(fā)形核過程中 ΔG隨 r的變化趨勢也和自發(fā)行核過程相同，在熱漲落的作用下，會不斷形成尺寸不同的新相核心。 自發(fā)形核過程的臨界自由能變化 能量勢壘降低的因子 薄膜生長過程和結構 27 在薄膜沉積的情況下，核心常出現在襯底的某個局部位臵上，如晶體缺陷、原子層形成的臺階、雜質原子處等。 簡化模型：氣相沉積過程中形核的開始階段。 在 襯底表面缺陷 處，原子正常鍵合狀態(tài)被打亂，吸附原子的脫附激活能 Ed較高。 薄膜生長過程和結構 32 襯底溫度和沉積速率對形核過程的影響
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