薄膜的生長過程和薄膜結(jié)構(gòu)(存儲版)
【正文】 或原子團(tuán)結(jié)合。 Re=R 即氣相與固相處于平衡狀態(tài)時， ΔGv= 0； ReR，即薄膜沉積時， ΔGv0。隨著時間的推移，較大的核心將依靠吞并較小的核心而長大。過程的驅(qū)動力：表面能的降低趨勢。原子團(tuán)越小，激活能越低，原子團(tuán)的遷移也越容易。 低溫抑制型生長 ：原子的擴(kuò)散能力不足，薄膜由疏松的晶粒邊界包圍下的相互平行生長的較為致密的纖維狀 組織所組成。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 53 在形成形態(tài) 2和形態(tài) 3型組織的情況下，襯底的溫度已經(jīng)較高，因而濺射氣壓或入射粒子能量對薄膜組織的影響變得比較小了。條件：較高的襯底溫度和較低的沉積速率；薄膜與襯底的晶格匹配；襯底表面清潔、光滑、化學(xué)穩(wěn)定性好。此時，在沉積進(jìn)行的同時，薄膜內(nèi)將發(fā)生再結(jié)晶的過程，晶粒開始長大，直至超過薄膜的厚度。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 50 形態(tài) T型的薄膜組織： 介于形態(tài) 1和形態(tài) 2之間的過渡型組織。而電子顯微鏡的觀察也發(fā)現(xiàn)，只要襯底溫度不是很低，擁有 50～ 100個原子的原子團(tuán)也可以發(fā)生平移、轉(zhuǎn)動和跳躍式的運動。吞并的結(jié)果使薄膜大多由尺寸較為相近的島狀核心所組成。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 38 連續(xù)薄膜的形成 形核初期形成的孤立核心將隨著時間的推移而逐漸長大，這一過程除了涉及吸納單個的氣相原子和表面吸附原子之外，還涉及了核心之間的相互吞并和聯(lián)合的過程。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 32 襯底溫度和沉積速率對形核過程的影響 通過自發(fā)形核的情況下，薄膜沉積速率 R與襯底溫度 T對臨界核心半徑 r*和臨界形核自由能變化 ΔG*的影響來說明它們對整個形核過程及薄膜組織的影響。 簡化模型：氣相沉積過程中形核的開始階段。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 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。 ?從動力學(xué)的角度考慮： 降低襯底的溫度 可以抑制原子和小核心的擴(kuò)散，凍結(jié)形核后的細(xì)晶粒組織，抑制晶核的長大過程。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 18 ΔG* — 臨界核心的形核自由能； ns — 依賴于 n1的常數(shù)。 氣相的過飽和度 S=(ppv)/pv ，則 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 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(dǎo)致相應(yīng) 表面能的增加 4πr2γ。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(zhuǎn)變。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 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(zhuǎn)化為島狀模式。 表面擴(kuò)散 核形成 核成長 原子團(tuán) 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(jié)構(gòu) 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(jié)階段； 溝道階段； 連續(xù)薄膜階段。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 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(kuò)散遷移形成晶核，晶核結(jié)合其他吸 附的氣相原子逐漸長大形成小島。 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。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 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)榈湍芫妗? 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 14 當(dāng)過飽和度為零時， ΔGv=0，沒有新相的核心形成，或者已經(jīng)形成的新相核心不再長大； 當(dāng)氣相存在過飽和現(xiàn)象時， ΔGv0，它就是新相形核的驅(qū)動力。 核心數(shù)量與吸附原子數(shù)量之間
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