【正文】 25uAB 105uAA 36uAB 156uAA 49uAB 217uAA 異質(zhì)外延一層和雙層密排的能量降低值 （ N：沉積原子數(shù)， u：鍵能） N增大，雙層密排（島狀）有利的條件會進一步降低。 簡單立方晶體 B的 (001)上沉積 A原子： 4uAB2uAA 0 雙層密排時總鍵數(shù)小于單層密排。 薄膜生長的三種模式 有 8個 A原子：正方密排為兩層， 能量降低 4uAB12uAA； 密排在一層，能量降低 8uAB10uAA。 薄膜生長的三種模式 異質(zhì)外延： A原子沉積到 B襯底上 從能量上看，異質(zhì)外延既可逐層生長，也可島狀生長，主要取決于 AB鍵能和 AA鍵能的大小。 同質(zhì)外延并且溫度高時，薄膜最穩(wěn)定的組態(tài)： 單層排列，二維生長模式。 如有 10個原子， 1）一層密排能量降低 49uAA, 2）雙層密排能量降低 45uAA. 單層密排成鍵數(shù)比雙層密排多。 例如：在面心立方晶體 (111)進行同質(zhì)外延生長 如有 4個原子， 1）密排成平行四邊形， 能量降低 17uAA； 2)密堆成正四面體，能量降低 15uAA。 N 8 18 32 50 72 98 一層密排 18uAA 45uAA 84uAA 135uAA 199uAA 274uAA 雙層密排 16uAA 42uAA 80uAA 130uAA 192uAA 266uAA 同質(zhì)外延一層和雙層密排的能量降低值 （ N：沉積原子數(shù)， uAA： AA鍵能） 隨著沉積原子數(shù)的增大，一層和雙層密排組態(tài)能量降低值的差別也逐漸增大。 如有 4個沉積因子： 排成一排 ，形成 7個 AA原子鍵， 能量降低 7uAA 排成正方形 ，形成 8個 AA原子鍵， 能量降低 8uAA 薄膜生長的三種模式 如 :8個沉積原子，密排成雙層正方形， 能量降低 16uAA 密排成一層，能量降低 18uAA 說明 單層密排比雙層密排更穩(wěn)定 。 襯底缺陷上成核 ● 體相中均勻成核 ● 襯底上的非均勻成核 ● 成核的原子模型 ● 襯底缺陷上成核 ● 薄膜生長的三種模式 ● 薄膜生長模式的俄歇電子 能譜 (AES)分析 薄膜的成核長大熱力學 同質(zhì)外延：在 A襯底上的 A原子團簇可以有多種組態(tài)，在溫度高、原子容易遷移時，多種組態(tài)會趨向一個最穩(wěn)定組態(tài)。時，三叉晶界的成核功在所有 θ 下都小于宏觀臺階處的成核功。 非晶態(tài)半導體膜的金屬誘導晶化現(xiàn)象 ，就是由于非晶態(tài)半導體膜和金屬復合在一起時，由于成核功的降低，先在三叉晶界凹陷處結(jié)晶，從而使晶化溫度可以降低300K。{[1sin(θ +φ )]/2 cos2(θ +φ )cosθ /4sinφ } =(16π /3)Ω 2α 3/Δμ 2f(θ ,φ ) 形狀因子 f(θ ,φ )： θ同， φ減少，三叉晶界凹陷得越深，成核功不斷下降。 其成核功： 當 φ 趨于 90186。 襯底缺陷上成核 dφ c=(16π /3)Ω 2α 3/Δμ 2 襯底缺陷上成核 螺旋位錯 在表面上的露頭處帶有臺階，它們對成核長大也有顯著的促進作用，使臺階近旁有較大的成核概率，形成螺旋生長卷線。 增原子有更大概率停留在 臺階和扭折 處，其他增原子擴散到這些增原子近旁就開始成核。 dφ=NΔμ+4mn(uAA/2) =NΔμ+2mnuAA 成核的原子模型 異相成核時： A原子組成的晶核在 B襯底上形成， 總數(shù) m m n=N 晶核底面 m2個 A原子和 B襯底黏附， 由于： A晶核表面能 α=uAA/2a2 A晶核和 B襯底的界面能 α=[(uAA+uBB)/2uAB]/a2 B襯底表面能 αˊ = uBB/2a2， Δα=α+ααˊ =(uAAuAB)/a2， 即在簡單立方點陣情況下，在 L=ma， h=na條件下得到 dφ =NΔμ +m2(uAAuAB)+2mnuAA 在 N不變 的條件下由后兩項 m2(uAAuAB)+2mnuAA = m2(uAAuAB)+2NuAA/m 的極小值條件得到： 2m(uAAuAB)2NuAA/m2=0 即： m3=NuAA/(uAAuAB) 如果 A晶核的外形是橫向尺寸為 L、高度為 h的四方柱體，晶核的形核功為： dφ= (L2h/Ω )Δμ +L2(α +α αˊ )+4Lhα 再由 dφ 極小值得到 mc=2uAA/Δμ nc=2(uAAuAB)/Δμ dφ c=4uAA2(uAAuAB)/Δμ 2 由前兩式可以得到 臨界晶核中的原子數(shù) Nc=8uAA2(uAAuAB)/Δμ 3 宏觀結(jié)果一致 Lc=4Ωα /Δμ hc=2ΩΔα /Δμ dφ c=16Ω 2α 2Δα /Δμ 2 好處：便于處理晶核只含少數(shù)幾個原子的情況。 同質(zhì)外延：晶核為簡單四方柱， A原子數(shù)為 m m n=N， 由于 A晶核和 A襯底間沒有界面，晶核引起的自由能改變?yōu)椋? dφ=NΔμ+4mn(uAA/2)=NΔμ+2mnuAA Δμ：一個原子從氣相到固相引起的自由能改變， 后一項是柱體晶核四個側(cè)面的表面能。 成核的原子模型 成核的最簡單的原子模型只考慮 最近鄰原子間的鍵能 uAA。 成核的原子模型 不少晶核形成的原子理論提出，如： Walton理論、 Zinsmiester理論、 Logan理論、 Lewis理論以及廣義的成核 生長 聚集理論 等。 正方二維晶核 dφ= (L2a/Ω)Δμ+ 4Laα ● 體相中均勻成核 ● 襯底上的非均勻成核 ● 成核的原子模型 ● 襯底缺陷上成核 ● 薄膜生長的三種模式 ● 薄膜生長模式的俄歇電子 能譜 (AES)分析 薄膜的成核長大熱力學 均勻成核與非均勻成核，都是采用熱力學方法來處理成核問題。 自由能降低的第一項隨 L2而變化， 自由能增加的第二項隨 L而變化， dφ一開始隨 L而增大， 在臨界尺寸 Lc處達到極大。 Lc=4Ωα /Δμ hc=2ΩΔα /Δμ dφ c=16Ω 2α 2Δα /Δμ 2 同質(zhì)外延： A原子在 A襯底上成核， 晶核的表面能 α= 襯底的表面能 αˊ ， 晶核和襯底的界面不再存在， α = 0， Δα，h/2r(Δα / 2α) ， θ →0 。 令 Δα=α+ααˊ dφ= (L2h/Ω )Δμ +L2(α +α αˊ )+4Lhα 如果 A晶核的外形是橫向尺寸為 L、高度為 h的四方柱體 ，晶核的形核功為： A B α