薄膜的生長過程和薄膜結構-資料下載頁
2025-05-02 13:42本頁面
【正文】 非外延式生長 薄膜的四種典型組織形態(tài) 原子的沉積過程可細分為三個過程： ?氣相原子的沉積 ?表面的擴散 ?薄膜內的擴散 薄膜結構的形成將與沉積時的 襯底相對溫度 Ts/Tm以及 沉積原子能量 密切相關。 Ts — 襯底的溫度， Tm — 沉積物質的熔點 薄膜生長過程和結構 48 沉積條件對于薄膜微觀組織的影響： （以濺射法為例） ★ 薄膜生長過程和結構 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。 沉積組織呈現(xiàn)一種數(shù)十納米直徑的 細纖維狀的組織形態(tài)，纖維內部缺陷密度很高或為非晶態(tài)結構；纖維間的結構疏松，存在許多納米尺寸孔洞。 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)出與之相應的拱形形貌。 薄膜生長過程和結構 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。 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。 低溫抑制型生長 ：原子的擴散能力不足，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。 薄膜生長過程和結構 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。 形成的組織為各個晶粒分別外延而形成的均勻的 柱狀晶 組織，柱狀晶的直徑隨沉積溫度的增加而增加。 晶粒內部缺陷密度較低，晶粒邊界的致密性較好，薄膜具有較高的強度。同時，各晶粒的表面開始呈現(xiàn)出晶體學平面所特有的形貌。 薄膜生長過程和結構 52 形態(tài) 3型的薄膜組織： 襯底溫度的繼續(xù)升高（ Ts/Tm ）使得原子的 體擴散 開始發(fā)揮重要作用。此時，在沉積進行的同時，薄膜內將發(fā)生再結晶的過程，晶粒開始長大，直至超過薄膜的厚度。薄膜的組織變?yōu)榻涍^充分再結晶的粗大的 等軸晶 組織，晶粒內部缺陷密度很低。 薄膜生長過程和結構 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。 高溫熱激活型生長 ：沉積溫度較高，原子的擴散比較充分，擴散將消除孔洞的存在，使薄膜組織轉變?yōu)橹鶢罹螒B(tài)。 薄膜生長過程和結構 54 蒸發(fā)法制備薄膜的微觀組織： 與濺射沉積的薄膜的組織相似，也可劃分為上述四種不同的形態(tài)。但由于在蒸發(fā)法時，入射粒子的能量很低，一般認為其 不易形成形態(tài)T型的薄膜組織 。與濺射法相比，蒸發(fā)法 獲得同樣形態(tài)組織的溫度區(qū)間要稍高一些 。 薄膜生長過程和結構 55 薄膜的組織結構（結晶狀態(tài)）： ?無定形結構（非晶態(tài)結構） （較高的沉積速率和較低的襯底溫度，薄膜的化學成分） ?多晶結構 （島狀生長，可能存在介穩(wěn)結構） ?纖維結構 （晶粒具有擇優(yōu)取向的薄膜，非晶態(tài)襯底上） ?單晶結構 （外延生長：在完整的單晶襯底上延續(xù)生長單晶薄膜。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、化學穩(wěn)定性好。） 薄膜生長過程和結構 56 薄膜生長過程和結構 57 (a) TEM、 (b) ED and (c) HRTEM images taken from a CuS crystal. 薄膜生長過程和結構 58 本章小結 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）
教學課件相關推薦
鄂ICP備17016276號-1