薄膜的生長過程和薄膜結(jié)構(gòu)-免費(fèi)閱讀
【正文】 但由于在蒸發(fā)法時(shí)，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 。 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(qiáng)度。 Ts — 襯底的溫度， Tm — 沉積物質(zhì)的熔點(diǎn) 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。 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(tuán)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) 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) 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(xì)小而連續(xù)的薄膜組織。這導(dǎo)致在襯底表面的缺陷處薄膜的形核率較高。這些地點(diǎn)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(shí)所需的激活能。薄膜與襯底的浸潤性越差，即 γfs越大，則 θ的數(shù)值越大。 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(shí)化學(xué)反應(yīng)的速度下降，造成薄膜形核率反而降低。 上述過程的自由能變化為 ΔG = Gj – jG1 Gj — 一個(gè)新相核心的自由能 。 從過飽和氣相中凝結(jié)出一個(gè)球形的新相核心的過程： 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 13 ?形成新相核心時(shí)， 體自由能變?yōu)?4/3)πr3ΔGv ΔGv — 單位體積的固相在凝結(jié)過程中的相變自由能之差。但在 Si的 (111)晶面外延生長 GaAs時(shí)，由于 As原子有五個(gè)價(jià)電子，它不僅可提供 Si晶體表面三個(gè)近鄰 Si原子所要求的三個(gè)鍵合電子，而且剩余的一對電子使 As原子不再傾向于與其他原子發(fā)生進(jìn)一步的鍵合。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 6 (2)層狀生長 (Frankvan der Merwe)模式 當(dāng)被沉積物質(zhì)與襯底之間 浸潤性很好 時(shí)，薄膜的沉積表現(xiàn)為層狀生長模式。 ?以真空蒸發(fā)的薄膜形成為例 薄膜的生長過程： 1. 新相的形核階段 。即使不存在任何對形核有促進(jìn)作用的有利位臵，隨著沉積原子的不斷增加，襯底上也會聚集起許多薄膜的三維核心。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 8 層狀 島狀生長模式的原因： 1) 開始時(shí)是外延式的層狀生長，由于薄膜與襯底之間 晶格常數(shù)不匹配 ，隨著沉積原子層的增加，應(yīng)變能增加。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 11 新相的自發(fā)形核理論 新相形核過程的類型： ?自發(fā)形核 ：整個(gè)形核過程完全是在相變自由能的推動下進(jìn)行的。 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(gè)新相核心時(shí)，系統(tǒng)的自由能變化為 形成臨界核心時(shí)系統(tǒng)自由能變化 S越大， △ G*越小。因此， 當(dāng)氣相壓力或沉積速率上升時(shí)， n* 將會迅速增加 。 采用 離子轟擊 的方法抑制三維島狀核心的形成，使細(xì)小的核心來不及由擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)合并就被后沉積來的原子所覆蓋，以此形成晶粒細(xì)小、表面平整的薄膜。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 26 非自發(fā)形核過程的臨界自由能變化還可以寫成兩部分之積的形式 接觸角 θ越小，即襯底與薄膜的浸潤性越好，則非自發(fā)形核的能壘降低得越多，非自發(fā)形核的傾向也越大。 主要來源 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 29 表面吸附原子在襯底表面停留的平均時(shí)間 τ 吸附原子在擴(kuò)散中，會與其他原子
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