【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 隨時(shí)間的推移 ， 較大的核心將依靠吞并較小的核心而長(zhǎng)大 。 較小的核心中的原子將具有較高的活度 ， 因而其平衡蒸氣壓也將較高 。 因此 ， 當(dāng)兩個(gè)尺寸大小不同的核心互為近鄰的時(shí)候 ， 尺寸較小的核心中的原子有自發(fā)蒸發(fā)的傾向 ， 而較大的核心則會(huì)因其平衡蒸氣壓較低而吸納蒸發(fā)來(lái)的原子 。 結(jié)果是較大的核心吸收原子而長(zhǎng)大 ， 而較小的核心則失去原子而消失 。 在極短的時(shí)間內(nèi) ， 兩個(gè)相鄰的核心之間形成了直接接觸 ， 隨后很快地完成了相互吞并的過(guò)程 。 在這一熔結(jié)機(jī)制里 ， 表面能的降低趨勢(shì)仍是整個(gè)過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力 。 (2) 熔結(jié)過(guò)程： 兩個(gè)相互接觸的核心相互吞并的過(guò)程 (3) 原子團(tuán)的遷移 ： 在襯底上的原子團(tuán) (島 )還具有相當(dāng)?shù)幕顒?dòng)能力 ， 其行為有些像小液珠在桌面上的運(yùn)動(dòng) 。 場(chǎng)離子顯微鏡已經(jīng)觀察到了含有兩三個(gè)原子的原子團(tuán)的遷移現(xiàn)象 。 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(gè)原子的原子團(tuán)也可以發(fā)生平移 、 轉(zhuǎn)動(dòng)和跳躍式的運(yùn)動(dòng) 。 原子團(tuán)的運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致原子團(tuán)間相互發(fā)生碰撞和合并 (如 c)。 顯然 ， 要明確區(qū)分上述各種原子團(tuán)的合并機(jī)制在薄膜形成過(guò)程中的相對(duì)重要性是很困難的 。 但就是在上述機(jī)制的作用下 ， 原子團(tuán)之間相互發(fā)生合并過(guò)程 ， 并逐漸形成了連續(xù)的薄膜結(jié)構(gòu) 。 C. 連續(xù)薄膜的形成 島狀階段 聯(lián)并階段 溝道階段 連續(xù)膜階段 島狀 (層狀 ？ )薄膜的形成過(guò)程可分為四個(gè)主要階段： (1) 島狀階段 在透射電子顯微鏡觀察過(guò)的薄膜形成過(guò)程照片中 ， 能觀測(cè)到最小核的尺寸約為 20～ 30 197。左右 。 在核進(jìn)一步長(zhǎng)大變成小島過(guò)程中 ， 平行于基體表面方向的生長(zhǎng)速度大于垂直方向的生長(zhǎng)速度 。 這是因?yàn)楹说拈L(zhǎng)大主要是由于基體表面上吸附原子的擴(kuò)散遷移碰撞結(jié)合 ， 而不是入射蒸發(fā)氣相原子碰撞結(jié)合決定的 。 這些不斷捕獲吸附原子生長(zhǎng)的核 ，逐漸從球帽形 、 圓形變成多面體小島 。 當(dāng)核與吸附原子間的結(jié)合能大于吸附原子與基體的吸附能時(shí) ， 就可形成三維的小島 。 (2)聯(lián)并階段 隨著島不斷長(zhǎng)大 ， 島間距離逐漸減小 ， 最后相鄰小島可互相結(jié)合并為一個(gè)大島 。 這就是島的 聯(lián)并 。 基體溫度對(duì)島的聯(lián)并起著重要的作用 。 聯(lián)并時(shí)和聯(lián)并后 ， 新島面積不斷變化 。 在最初階段 ，由于聯(lián)并使基體表面上的覆蓋面積減小 (中圖 )， 然后又逐漸增大 。 在聯(lián)并初始階段 ， 為了降低表面自由能 ， 新島的面積減小而高度增大 。 (3)溝道階段 在島聯(lián)并之后 ， 當(dāng)島的分布達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)互相凝結(jié)形成一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 。 在這種結(jié)構(gòu)中不規(guī)則的分布著寬度為50～ 200 197。的溝渠 。 隨著沉積的繼續(xù)進(jìn)行 ， 在溝渠中會(huì)發(fā)生二次或三次成核 。 當(dāng)核長(zhǎng)大到與溝渠邊緣接觸時(shí)就聯(lián)并到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的薄膜上 。 結(jié)果薄膜由溝渠形狀變?yōu)橛行】锥吹倪B續(xù)狀結(jié)構(gòu) 。 (4)連續(xù)膜階段 在溝渠和孔洞消失后 ， 再入射到薄膜表面的氣相原子便直接被吸附在薄膜上 ， 通過(guò)聯(lián)并作用而形成不同結(jié)構(gòu)的薄膜 。 由圖片我們看到 ， 在 Ag原子到達(dá)襯底表面的最初階段 ， Ag在襯底上先是形成了一些均勻 、 細(xì)小而且可以運(yùn)動(dòng)的 原子團(tuán) 。我們有時(shí)形象地將這些原子團(tuán)稱(chēng)為 “ 島 ” 。 這些像液珠一樣的小島不斷地接受新的沉積原子 ， 并與其他 小島合并 而逐漸長(zhǎng)大， 而島的數(shù)目則很快地達(dá)到飽和 。 在小島合并過(guò)程進(jìn)行的同時(shí) ， 空出來(lái)的襯底表面上又會(huì) 形成新的小島 。 這一小島形成與合并的過(guò)程不斷進(jìn)行 ， 直到孤立小島之間相互連接成片 ， 最后只留下一些孤立的 孔洞和溝道 ，后者不斷被后沉積來(lái)的原子所填充 。 在空洞被填充的同時(shí) ， 形成了結(jié)構(gòu)上 連續(xù)的薄膜 。 小島合并的過(guò)程一般要進(jìn)行到薄膜厚度達(dá)到 數(shù)十納米 的時(shí)候才告結(jié)束 。 167。 13 薄膜的物理制備方法 物理氣相沉積 ：是把固態(tài)或液態(tài)成膜材料通過(guò)某種物理方式 (高溫蒸發(fā) 、 濺射 、 等離子體 、 離子束 、 激光束 、 電弧等 )產(chǎn)生氣相原子 、 分子 、 離子 ， 再經(jīng)過(guò)輸運(yùn)在基體表面沉積 ， 或與其他活性氣體反應(yīng)形成反應(yīng)產(chǎn)物在基體上沉積為固相薄膜的過(guò)程 。 物理氣相沉積特點(diǎn) ： (1)需用固態(tài)或熔化態(tài)的物質(zhì)作為沉積過(guò)程的源物質(zhì)； (2)源物質(zhì)需經(jīng)過(guò)物理過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵?3)工作環(huán)境需要較低的氣壓 (真空 )； (4)在氣相中和襯底表面一般不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) ， 但反應(yīng)沉積例外 。 A. 真空基本知識(shí) 幾乎所有的現(xiàn)代薄膜材料制備都是在 真空 或是在 較低的氣壓下 進(jìn)行的 ， 都涉及到氣相的產(chǎn)生 、 輸運(yùn)以及反應(yīng)的過(guò)程 。 因此 ， 有關(guān)氣體的基本性質(zhì)等方面的知識(shí) ， 是了解 薄膜材料 制備技術(shù)的基礎(chǔ) 。 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓 ： 海拔高度為零時(shí) ， 空間溫度為 27 ℃ 的特定點(diǎn)的大氣壓 (國(guó)際計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 )。 此時(shí)壓強(qiáng)等于 105 帕 (相當(dāng) 760 mmHg)， 每立方厘米的大氣中含有分子數(shù)為 1019個(gè) 。 真空 ：指低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的氣體狀態(tài) (同正常的大氣相比 ， 是比較稀薄的氣體狀態(tài) )。 人為真空 ：人為的對(duì)一個(gè)容器抽氣而獲得的真空空間 。 真空定義 : 氣壓 、 海拔高度和溫度的關(guān)系式 ： 其中 ， ?為氣體分子質(zhì)量 ， g為重力加速度 ， z為高度 (普通物理學(xué) ， 程守洙主編 ， P296)。 kTgzk T enn k TP /0????真空度 與 壓強(qiáng) ： 真空度與壓強(qiáng)是兩個(gè)概念 ， 不能混淆 。 壓強(qiáng)越低意味著單位體積中氣體分子數(shù)越少 ， 真空度越高；反之真空度越低則壓強(qiáng)就越高 。 綜上可知： 所謂真空是相對(duì)的 ， 絕對(duì)的真空是不存在的 。 通常所說(shuō)的真空是一種 “ 相對(duì)真空 ” 。 月球表面 P=1 1012 Pa； 星球空間 P=1 1018 Pa 1 10－ 8 1 10－ 6 1 10－ 4 1 10－ 2 1 10－ 1 1 101 1 103 1 105 壓強(qiáng) (Pa) 900 400 200 100 90 60 30 0 高度 (km) 海拔高度與氣壓的對(duì)應(yīng)值表 國(guó)際單位制導(dǎo)出 (法定 )的基本單位是 帕斯卡 (Pascal)，系千克米秒制 ， 符號(hào) Pa。 1 Pa=1 N/m2 =1 牛頓 /平方米 托 (Torr) — 1958年為紀(jì)念托里拆利 ， Torr代替了毫米汞柱 。 1 Torr=1/760 atm =1 mmHg= Pa 巴 (bar) — 系厘米克秒制 。 1 bar=105 Pa。 1 atm= 105 Pa 真空度量單位 : 粗真空 ： 105 ～ 102 Pa 低真空 ： 102 ～ 101 Pa 高真空 ： 101 ～ 106 Pa 超高真空 ： 106 Pa 真空區(qū)域劃分 : B. 真空熱蒸發(fā)鍍膜 真空熱蒸發(fā)鍍膜 簡(jiǎn)稱(chēng) 蒸發(fā)鍍 ， 是在真空條件下用蒸發(fā)源加熱待蒸發(fā)物質(zhì) ， 使其汽化并向基板輸運(yùn) ， 在基板上冷凝形成固態(tài)薄膜的過(guò)程 。 (1)