【正文】 膜組織 。 在此過程中，原子的擴散可能有兩種機制，即體擴散機制和表面擴散機制。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 51 形態(tài) 2型的薄膜組織： Ts/Tm=～ 、原子 表面擴散 進行得較為充分時形成的薄膜組織。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 55 薄膜的組織結(jié)構(gòu)（結(jié)晶狀態(tài)）： ?無定形結(jié)構(gòu)（非晶態(tài)結(jié)構(gòu)） （較高的沉積速率和較低的襯底溫度，薄膜的化學成分） ?多晶結(jié)構(gòu) （島狀生長，可能存在介穩(wěn)結(jié)構(gòu)） ?纖維結(jié)構(gòu) （晶粒具有擇優(yōu)取向的薄膜，非晶態(tài)襯底上） ?單晶結(jié)構(gòu) （外延生長：在完整的單晶襯底上延續(xù)生長單晶薄膜。 隨薄膜厚度的增加，細纖維狀組織發(fā)展為錐狀形態(tài)，其間夾雜尺寸更大的孔洞，而薄膜表面則呈現(xiàn)出與之相應(yīng)的拱形形貌。結(jié)果是較大的核心吸收原子而長大，而較小的核心則失去原子而消失。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 31 遷移來的吸附原子通量 ω應(yīng)等于吸附原子密度 na和原子擴散的發(fā)生幾率 的乘積； 則 因此，得到 ★ 臨界形核自由能變 ΔG*的降低將顯著提高形核率； 高的脫附能 Ed、低的擴散激活能 Es有利于氣相原子在襯底表面的停留和運動，會提高形核率。 當 θ0， 為島狀生長模式； ★ 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 24 dΔG/dr = 0，形核自由能 ΔG取極值條件為 雖然非自發(fā)形核過程的核心形狀與自發(fā)形核時有所不同，但二者所對應(yīng)的臨界核心半徑相同。 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(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) 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(jié)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(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。 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，它導致相應(yīng) 表面能的增加 4πr2γ。 ?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(jié)形核后的細晶粒組織，抑制晶核的長大過程。 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) 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。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個原子的原子團也可以發(fā)生平移、轉(zhuǎn)動和跳躍式的運動。此時，在沉積進行的同時，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) 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。原子團越小，激活能越低，原子團的遷移也越容易。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。 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間 τ 吸附原子在擴散中，會與其他原子或原子團結(jié)合。 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。 自由能變化 ΔG取得極值的條件為 dΔG/dr = 0，即 臨界核心半徑