薄膜的生長過程和薄膜結(jié)構(gòu)-預(yù)覽頁
【正文】 單位核心表面的表面能。 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 。 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。 但在某些情況下，動力學(xué)因素又起著關(guān)鍵性的作用：低溫時化學(xué)反應(yīng)的速度下降，造成薄膜形核率反而降低。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。薄膜與襯底的浸潤性越差，即 γfs越大，則 θ的數(shù)值越大。半徑 rr*的核心由于 ΔG降低而傾向于消失，而 rr*的核心則隨自由能的下降而傾向于長大。這些地點或可以降低薄膜與襯底間的界面能，或可以降低使原子發(fā)生鍵合時所需的激活能。 新相形成所需要的原子可能來自： (1)氣相原子的直接沉積； (2)襯底表面吸附原子沿表面的擴散。這導(dǎo)致在襯底表面的缺陷處薄膜的形核率較高。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 33 薄膜沉積速率 R對薄膜組織的影響： 固相從氣相凝結(jié)出來時的相變驅(qū)動力可寫為 Re — 凝結(jié)的核心在溫度 T時的平衡蒸發(fā)速率； R — 實際的沉積速率。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 36 STM images of TiSi2 islands formed on Si(100). 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 37 總結(jié)： T越高， r*越大， ΔG*也越高，沉積的薄膜首先形成粗大的島狀組織； T降低， ΔG*下降，形成的核心數(shù)目增加，形成晶粒細小而連續(xù)的薄膜組織。 核心相互吞并的機制： ? 奧斯瓦爾多 (Ostwsld)吞并過程 ? 熔結(jié)過程 ? 原子團的遷移 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 39 奧斯瓦爾多 (Ostwsld)吞并過程 設(shè)想在形核過程中已經(jīng)形成了各種不同大小的許多核心。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 42 公式表明，較小的核心中的原子將具有較高的活度，其平衡蒸氣壓也將較高。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 43 熔結(jié)過程 熔結(jié)是 兩個相互接觸的核心 相互吞并的過程。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 44 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 45 原子團的遷移 在薄膜生長初期，島的相互合并還涉及島的遷移過程。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 46 原子團的遷移是由 熱激活過程 所驅(qū)使的，其激活能 Ec應(yīng)與原子團的半徑 r有關(guān)。 Ts — 襯底的溫度， Tm — 沉積物質(zhì)的熔點 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 48 沉積條件對于薄膜微觀組織的影響： （以濺射法為例） ★ 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 49 形態(tài) 1型的薄膜組織： 在 溫度很低、氣體壓力較高 的情況下所形成的具有薄膜微觀組織。 濺射氣壓降低，入射粒子的能量提高，薄膜表面原子的擴散能力增強，雖然薄膜組織仍然保持了細纖維狀的特征，纖維內(nèi)部缺陷密度較高，但纖維邊界處的組織出現(xiàn)了明顯的 致密化 傾向，纖維間的孔洞以及拱形的表面形貌特征消失。 晶粒內(nèi)部缺陷密度較低，晶粒邊界的致密性較好，薄膜具有較高的強度。薄膜的組織變?yōu)榻?jīng)過充分再結(jié)晶的粗大的 等軸晶 組織，晶粒內(nèi)部缺陷密度很低。但由于在蒸發(fā)法時，入射粒子的能量很低，一般認(rèn)為其 不易形成形態(tài)T型的薄膜組織 。） 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 56 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 57 (a) TEM、 (b) ED and (c) HRTEM images taken from a CuS crystal. 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 58 本章小結(jié) 1. 概念：形核率 2. 薄膜的生長過程及三種生長模式 3. 薄膜的自發(fā)形核和非自發(fā)形核理論 （熱力學(xué)分析） 4. 核心的三種吞并機制 5. 薄膜的四種典型組織形態(tài)（特征、形成條件）
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