薄膜的生長(zhǎng)過程和薄膜結(jié)構(gòu)-文庫吧資料
2025-05-08 13:42本頁面
【正文】 30 在單位時(shí)間內(nèi)，單位表面上由臨界尺寸的原子團(tuán)長(zhǎng)大的核心數(shù)目就是形核率，它應(yīng)該正比于三個(gè)因子的乘積，即 n* — 襯底上臨界核心的面密度； A* — 每個(gè)臨界核心接受沿襯底表面擴(kuò)散來的吸附原子的表面積； ω — 為在單位時(shí)間內(nèi)，向表面擴(kuò)散來的吸附原子的通量。 在 襯底表面缺陷 處，原子正常鍵合狀態(tài)被打亂，吸附原子的脫附激活能 Ed較高。 主要來源 薄膜生長(zhǎng)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(shí)間 τ 吸附原子在擴(kuò)散中，會(huì)與其他原子或原子團(tuán)結(jié)合。 簡(jiǎn)化模型：氣相沉積過程中形核的開始階段。因此，薄膜形核的過程在很大程度上取決于 襯底表面能夠提供的形核位臵的特性和數(shù)量 。 自發(fā)形核過程的臨界自由能變化 能量勢(shì)壘降低的因子 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 27 在薄膜沉積的情況下，核心常出現(xiàn)在襯底的某個(gè)局部位臵上，如晶體缺陷、原子層形成的臺(tái)階、雜質(zhì)原子處等。 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 26 非自發(fā)形核過程的臨界自由能變化還可以寫成兩部分之積的形式 接觸角 θ越小，即襯底與薄膜的浸潤(rùn)性越好，則非自發(fā)形核的能壘降低得越多，非自發(fā)形核的傾向也越大。 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 25 非自發(fā)形核過程的臨界自由能變化為 非自發(fā)形核過程中 ΔG隨 r的變化趨勢(shì)也和自發(fā)行核過程相同，在熱漲落的作用下，會(huì)不斷形成尺寸不同的新相核心。 當(dāng) θ=0， 為層狀生長(zhǎng)模式。 對(duì)于圖示的冠狀核心， 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 23 根據(jù)表面能之間的平衡條件，核心形狀的穩(wěn)定性要求各界面能之間滿足 即 θ只取決于各界面能之間的數(shù)量關(guān)系。 采用 離子轟擊 的方法抑制三維島狀核心的形成，使細(xì)小的核心來不及由擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)合并就被后沉積來的原子所覆蓋，以此形成晶粒細(xì)小、表面平整的薄膜。 ?從動(dòng)力學(xué)的角度考慮： 降低襯底的溫度 可以抑制原子和小核心的擴(kuò)散，凍結(jié)形核后的細(xì)晶粒組織，抑制晶核的長(zhǎng)大過程。 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 20 獲得平整、均勻薄膜的方法 : 提高 n*，即降低 r* 。 在一般情況下， 溫度上升會(huì)使得 n* 減少 ，而降低襯底溫度一般可以獲得高的薄膜形核率。因此， 當(dāng)氣相壓力或沉積速率上升時(shí)， n* 將會(huì)迅速增加 。 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 18 ΔG* — 臨界核心的形核自由能； ns — 依賴于 n1的常數(shù)。 G1 — 一個(gè)氣相原子的自由能。 減小自身尺寸降低自由能； 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 17 壓力對(duì) n*的影響： rr*時(shí)，不穩(wěn)定的核心與氣相原子或者襯底表面的吸附原子之間存在著可逆反應(yīng) jA←→ Nj Nj — 含有 j個(gè)原子的不穩(wěn)定新相核心； A — 氣相中的單個(gè)原子。 自由能變化 ΔG取得極值的條件為 dΔG/dr = 0，即 臨界核心半徑 形成一個(gè)新相核心時(shí)，系統(tǒng)的自由能變化為 形成臨界核心時(shí)系統(tǒng)自由能變化 S越大， △ G*越小。 氣相的過飽和度 S=(ppv)/pv ，則 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 15 ?新相核心形成的同時(shí)，還伴隨有新的固 — 氣相界面的形成，它導(dǎo)致相應(yīng) 表面能的增加 4πr2γ。 pv、 p — 凝結(jié)相的平衡蒸氣壓和氣相的實(shí)際壓力；Jv、 J — 凝結(jié)相的蒸發(fā)通量和氣相的沉積通量； Ω — 原子體積。 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 12 在薄膜與襯底之間浸潤(rùn)性較差的情況下，薄膜的形核過程可以近似地被認(rèn)為是一個(gè)自發(fā)形核的過程。 薄膜生長(zhǎng)過程和結(jié)構(gòu) 11 新相的自發(fā)形核理論 新相形核過程的類型： ?自發(fā)形核 ：整個(gè)形核過程完全是在相變自由能的推動(dòng)下進(jìn)行的。因此薄膜在生長(zhǎng)到一
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