薄膜的生長過程和薄膜結構-展示頁
2025-05-11 13:42本頁面
【正文】 定厚度之后，生長模式會由層狀模式向島狀模式轉變。吸附了 As原子的Si(111)表面具有極低表面能，使其后 As、 Ga原子的沉積模式轉變?yōu)槿S島狀的生長模式。 薄膜生長過程和結構 9 2)在 Si、 GaAs等半導體材料的晶體結構中，每個原子分別在四個方向上與另外四個原子形成共價鍵。 薄膜生長過程和結構 8 層狀 島狀生長模式的原因： 1) 開始時是外延式的層狀生長，由于薄膜與襯底之間 晶格常數(shù)不匹配 ，隨著沉積原子層的增加，應變能增加。 薄膜生長過程和結構 7 (3)層狀 —島狀 (StranskiKrastanov)生長模式 最開始的一兩個原子層的層狀生長之后，生長模式從層狀模式轉化為島狀模式。 在層狀生長模式下，已沒有意義十分明確的形核階段出現(xiàn)。 許多金屬在非金屬襯底上都采取這種生長模式。即使不存在任何對形核有促進作用的有利位臵，隨著沉積原子的不斷增加，襯底上也會聚集起許多薄膜的三維核心。 表面擴散 核形成 核成長 原子團 臨界值 穩(wěn)定值 入射原子束 再蒸發(fā) 反射 入射原子束直接碰撞 臨界核 穩(wěn)定核 薄膜生長過程和結構 3 電子衍射ED 透射電子顯微鏡 TEM 薄膜的生長階段：小島階段； 聚結階段； 溝道階段； 連續(xù)薄膜階段。 2. 薄膜的生長階段。薄膜生長過程和結構 1 5 薄膜的生長過程和薄膜結構 薄膜生長過程概述 薄膜的生長過程直接影響薄膜的結構和性能。 ?以真空蒸發(fā)的薄膜形成為例 薄膜的生長過程： 1. 新相的形核階段 。 薄膜生長過程和結構 2 新相的形核階段：氣態(tài)的原子或分子凝聚到襯 底表面，擴散遷移形成晶核，晶核結合其他吸 附的氣相原子逐漸長大形成小島。 形核階段 連續(xù)薄膜階段 溝道階段 聚結階段 小島階段 薄膜生長過程和結構 4 薄膜生長過程和結構 5 薄膜的生長模式： (1)島狀生長 (Volmer—Weber)模式 對很多薄膜與襯底的組合來說，只要 沉積溫度足夠高，沉積的原子具有一定的擴散能力 ，薄膜的生長就表現(xiàn)為島狀生長模式。 島狀核心的形成表明，被沉積的物質(zhì)與襯底之間的 浸潤性較差 。 薄膜生長過程和結構 6 (2)層狀生長 (Frankvan der Merwe)模式 當被沉積物質(zhì)與襯底之間 浸潤性很好 時，薄膜的沉積表現(xiàn)為層狀生長模式。 在極端情況下，即使是沉積物的分壓已低于純組元的平衡分壓時，沉積的過程也會發(fā)生。 導致這種模式轉變的物理機制比較復雜，但根本的原因應該可以歸結為 薄膜生長過程中各種能量的相互消長 。為松弛應變能，生長到一定厚度，薄膜生長轉化為島狀模式。但在 Si的 (111)晶面外延生長 GaAs時，由于 As原子有五個價電子，它不僅可提供 Si晶體表面三個近鄰 Si原子所要求的三個鍵合電子，而且剩余的一對電子使 As原子不再傾向于與其他原子發(fā)生進一步的鍵合。 薄膜生長過程和結構 10 3)在層狀外延生長表面是表面能比較高的晶面時，為了 降低表面能 ，薄膜力圖將暴露的晶面改變?yōu)榈湍芫妗? 在上述各種機制中，開始的時候層狀生長的自由能較低，但其后，島狀生長模式在能量上變得更為有利。 ?非自發(fā)形核 ：除了有相變自由能作推動力之外，還有其他的因素起著幫助新相核心生成的作用。 從過飽和氣相中凝結出一個球形的新相核心的過程： 薄膜生長過程和結構 13 ?形成新相核心時， 體自由能變?yōu)?4/3)πr3ΔGv ΔGv — 單位體積的固相在凝結過程中的相變自由能之差。 薄膜生長
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