【正文】 此時(shí)生長(zhǎng)速率與過(guò)飽和度間有下列關(guān)系 tan hx x?eP P P? ? ?1ca ?tan 1hx ? 2 1cXas?2()cJ c P?XsXsX（ ） 式中 為過(guò)飽和度 晶體生長(zhǎng)模型 (續(xù) ) ?事實(shí)上，同一生長(zhǎng)表面上可能同時(shí)存在幾種生長(zhǎng)模型，即二維成核、螺旋生長(zhǎng)和雜質(zhì)存在下的受阻生長(zhǎng)等，即在不同的條件下可能出現(xiàn)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。對(duì)于從單原子蒸氣生長(zhǎng)的金屬單一面來(lái)說(shuō)，這個(gè)關(guān)系是 () ?其中 () ? 式中 是表面擴(kuò)散系數(shù)； 是停留時(shí)間； 是躍遷距離即晶格常數(shù)； 為解吸活化能； 是躍過(guò)表面位壘到達(dá)另一個(gè)格點(diǎn)所需要的最大活化能。 ? 螺旋臺(tái)階高度往往不是單原子層，而是相當(dāng)若干同類螺旋位錯(cuò)聚集成的若干原子層的厚度，這在光學(xué)顯微鏡下是可以觀察到的。該模型指出，垂直于生長(zhǎng)面的螺旋位錯(cuò)是平整晶面上凸棱、彎結(jié)的連續(xù)來(lái)源，這可克服新層成核的困難，因此，即使在低過(guò)飽和度下也會(huì)連續(xù)生長(zhǎng)。奇異面在某一高溫下會(huì)變得粗糙不平，此時(shí)在生長(zhǎng)習(xí)性方面將跟非奇異面類似。在生長(zhǎng)過(guò)程中，這種面上的臺(tái)階永遠(yuǎn)不會(huì)消失，即使在很低的過(guò)飽和度下也能連續(xù)生長(zhǎng)。 ?處于這種位置上的附加原子只受到兩個(gè)最近鄰原子的吸引，所以，其需要較高的過(guò)飽和度。其基本思想是根據(jù)前述的晶體模型，在棱階的彎結(jié)位置上結(jié)合能最高，因而到達(dá)生長(zhǎng)表面的附加原子的最佳結(jié)合位置是棱階的彎結(jié)處。在 [100]棱階上，原子可以附加到彎結(jié)格點(diǎn)上直到形成完整的棱階。顯然，高能原子位置的濃度愈高，表面能值就愈大，與其它原子結(jié)合的活性也愈高。對(duì)于上述簡(jiǎn)單立方結(jié)構(gòu)，平整表面上一個(gè)原子的表面能是： ?比率為 1： 2： 3。 圖中每一個(gè)小方格 代表一個(gè)原子或一個(gè) 晶胞。如果該面上具有間距小于 Xs的臺(tái)階，而且臺(tái)階棱上有間距小于 Xs的彎結(jié)，則棱邊面就不會(huì)再?gòu)闹髅嫔汐@得原子，主面和棱邊都將以粒子的入射速率生長(zhǎng)。于是 ， 為晶體形成焓 (或潛熱 )，其是一個(gè)有資料可查的宏觀數(shù)據(jù)。但如果原子遷徙到一個(gè)棱階或彎結(jié)位置上，則結(jié)合會(huì)加強(qiáng)。氣態(tài)雜質(zhì)將優(yōu)先吸附在那些有利于成核的高能位置上，提高了表面成核活化能。由此看出襯底缺陷對(duì)核誘發(fā)的影響在很大程度上是通過(guò)電荷產(chǎn)生的，后者一般能降低臨界核的表面能。 ? 平整表面上的螺旋位錯(cuò)往往是低過(guò)飽和度下成核生長(zhǎng)的理想機(jī)制。 ?實(shí)踐中常發(fā)現(xiàn)，襯底表面的劃痕周圍往往形成多晶堆積，這是快速成核的結(jié)果。由該式可看出，成核速率與各種淀積參數(shù)之間存在著復(fù)雜的依賴關(guān)系，但對(duì)指數(shù)項(xiàng)有影響的因素其作用更為顯著 desE? dE?q d() 異相成核影響因素 ?圖 55 是異相成核自由能與晶核跟襯底間接觸角的關(guān)系 異相成核影響因素 ?圖 55可見(jiàn)，當(dāng) 時(shí)， ，核與襯底不浸潤(rùn)，異相成核相當(dāng)于均相成核；對(duì)于 ，則 ， ，成核變?yōu)榉腔罨^(guò)程，即不需經(jīng)過(guò)成核階段，可在襯底上直接生長(zhǎng)；對(duì)于 在 和 之間的情況， 在 0和 l之間，襯底的存在降低了成核作用的活化能，從而降低了開(kāi)始成核生長(zhǎng)的臨界過(guò)飽和度。固體表面的存在大大降低了成核自由能，從而強(qiáng)化了成核作用。 ca/in P kT?1/ 2(2 )ca P m kT ?（ ） 均相成核－ 成核速率方程 ?聯(lián)立式 ()， ()和 ()，成核速率公式()的指數(shù)項(xiàng)變?yōu)? 321 1 6e x p { [ L n ] }3rmePkTk T V P?? ??可見(jiàn)，從晶體生長(zhǎng)實(shí)踐的觀點(diǎn)看，成核速率公式的一個(gè)重要特點(diǎn)是成核速率與過(guò)飽和度有關(guān)。J ?139。這樣就可以用玻爾茲曼統(tǒng)計(jì)求出核的形成幾率： ? 39。該能量是通過(guò)體系的過(guò)飽和度降低來(lái)提供的。 ?相反，臨界核再俘獲粒子變?yōu)槌R界核時(shí)，引起的自由能降低，變?yōu)楦€(wěn)定的核。為了 形成表面，必須對(duì) 體系做功；而生成 核體，系統(tǒng)本身又 放出能量。這是蒸氣壓的增加和物質(zhì)顆粒半徑之間的經(jīng)典關(guān)系。 ? 形成一個(gè)核所需要的功，等于形成晶核表面和晶核核體所需能量的代數(shù)和 式中 分別為一個(gè)核的表面積和比表面能； 分別為形成一個(gè)核所需要的蒸氣體積和由于凝聚而引起的壓力減小量。 Gibbs 1876年首先提出固相形核需要能量，即成核作用需要一定的過(guò)飽和度的觀點(diǎn)，當(dāng)時(shí)未被注意，這已成為成核理論的基本思想 。 ?應(yīng)用現(xiàn)代研究技術(shù)積累了豐富的實(shí)驗(yàn)資料，不斷地深化了人們對(duì)成核生長(zhǎng)過(guò)程的認(rèn)識(shí)。有的因成核階段是制備高質(zhì)量薄膜材料的關(guān)鍵，從而探討如何控制生長(zhǎng)條件達(dá)到預(yù)期目的；有的致力于從理論上分析實(shí)驗(yàn)參量對(duì)成核作用的影響，以便創(chuàng)立成核過(guò)程的微觀模型；還有一些研究則希望對(duì)成核生長(zhǎng)理論提出盡可能嚴(yán)密而完善的數(shù)學(xué)描述。 ?在生長(zhǎng)過(guò)程中，產(chǎn)生的三維晶島或在其發(fā)育過(guò)程中如果不能彼此調(diào)整成接近平行，那么在相互接合階段就不太可能形成單晶層。此后在新的表面上再一次重復(fù)成核、長(zhǎng)大、毗連成層的過(guò)程。生長(zhǎng)繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，沒(méi)有新的晶核產(chǎn)生，直到最初形成的三維晶島逐漸長(zhǎng)大，展開(kāi)成層為止。為了克服表面有序化引起的熵降低，很可能會(huì)有大量有序化熱放出，如同液體凝固放熱一樣 。 adsH?0?0=/? ? ?0?氣體分子在表面上吸附 － 表面 遷徙活化能－ ?表面上吸附分子的有序化要求吸附物具有相當(dāng)?shù)倪w徙能力，即吸附分子必須有能力克服表面擴(kuò)散位壘 。 氣體分子在表面上吸附－ 表面覆蓋率 ?氣體在表面上的吸附量用表面覆蓋率 表征， 值決定于氣體分子的入射流通量 F(mol／cm2?s)和分子在表面上的平均停留時(shí)間 ??F???? 根據(jù)氣體動(dòng)力學(xué)理論， F和 可分別表達(dá)為 ? 1 / 2 2 2 ()( 2 ) 3 . 5 1 0 PF P m k TMT??? ? ? 托0 e x p [ / ]adsH R T????() () () 式中 P為被吸附分子的蒸氣壓 。 反應(yīng)劑分子在生長(zhǎng)表面上的有序吸附仍然廣泛應(yīng)用來(lái)解釋生長(zhǎng)形貌和生長(zhǎng)機(jī)理。 ? 這些資料指出，大多數(shù)吸附表面具有下列特征： (1)吸附在表面上的分子呈現(xiàn)有序的排列，形成 具有分子尺度的最小單位晶胞； (2)表面吸附分子可形成轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)稱性與襯底相同 的有序結(jié)構(gòu)。 ?表面吸附過(guò)程和吸附態(tài)的存在是一切表面行為的關(guān)鍵。新創(chuàng)建的表面除了具有不同于體內(nèi)原子的原子結(jié)構(gòu)以外，其電子結(jié)構(gòu)也隨之變更，即表面上原子的價(jià)鍵狀態(tài)與體內(nèi)原子明顯不同。 ? 現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)檢測(cè)表明，表面制備無(wú)論怎樣仔細(xì)，表面上總存在有原子尺度的畸變。 ?除改變表面上原子間距外，表面自由能的降低也可通過(guò)改變表面化學(xué)計(jì)量實(shí)現(xiàn)。例如 A1(100)表面層間距大約收縮了 10～ 15％，這種層間距的變化是從低能電子衍射電子束的強(qiáng)度資料并通過(guò)理論計(jì)算獲得的。 ?當(dāng)固體表面吸附了氧、氫等氣體，或有其它雜質(zhì)存在時(shí)，表面重建可被誘導(dǎo)或被抑制。這足以證明穩(wěn)定的(1 1)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成 (7 7)結(jié)構(gòu)的溫度與表面上雜質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量有關(guān)。如果我們用 Si(111