【正文】 成，故基片和薄膜間存在一定的相互作用，出現(xiàn) 黏附性和附著力 的問題， 內(nèi)應(yīng)力 的問題。 兩種原子的混合或化合，造成界面消失，附著能變成大的凝聚能。 體相中均勻成核 臨界晶核半徑 rc=2 Ωα /Δμ 成核功 dφc= (16π /3)Ω 2α 3/Δμ 2 (4π r3/3Ω )Δμ 4πr2α 0 dφc dφ r rc 形成半徑為 r的球狀核時自由能的變化 成核功和 Δμ 2成反比。 成核率：單位時間單位氣相體積內(nèi)成核數(shù) 體相中均勻成核 臨界晶核半徑 rc=2 Ωα /Δμ 成核功 dφc= (16π /3)Ω 2α 3/Δμ 2 (4π r3/3Ω )Δμ 4πr2α 0 dφc dφ r rc 形成半徑為 r的球狀核時自由能的變化 要使成核率增大，須使dφc減小，使過冷度增大（ Δμ增大）。 g? kT lnppkT ln01 ??＝－ α 如果 晶態(tài)核是多面體 ，如核的外形是尺寸為 L的 立方體 ，則 dφ= (L3/Ω )Δμ +6L2α 臨界晶核尺寸 Lc= 4 Ωα /Δμ 成核功 dφ c= 32Ω 2α 3/Δμ 2 即立方體晶核的成核功 dφ c的系數(shù)比球形晶核增大約一倍。 如果晶態(tài)核采取 接近球形的多面體 ， 并且這些外形由 低表面能的界面組成 ， 如外形是由 (111)、 (100)等形成的十四面體， 則 多面體的成核功 可以 比球形核低 。 形核功差別在形狀因子 f(θ )。 這是宏觀理論結(jié)果，從微觀角度考慮二維成核時仍需一定成核功。 襯底上不均勻成核時一般總有一定的浸潤角： θ ↓ ，成核功 ↓ 。 αˊ :襯底表面能； α″: 柱體核界面能； α：柱體核表面能。 [ dφ c= 32Ω 2α 3/Δμ 2] 晶核的臨界尺寸和成核功為： 圓柱體核 比四方柱體核在自由能上更加有利， 晶核的形核功為： dφ= (πr2h/Ω )Δμ +πr2(α +α αˊ )+2πrhα 圓柱體晶核： 2rc=4Ωα /Δμ hc=2ΩΔα /Δμ dφ c=4πΩ 2α 2Δα /Δμ 2 它們臨界尺寸相同，成核功的系數(shù)由 16變?yōu)?4π， 圓柱體核的成核功小于四方柱體核的成核功 。 在簡立方點陣襯底上可以形成 單原子層的正方二維晶核 ， 其自由能變化： dφ=(L2a/Ω)Δμ+4Laα (a為晶格常數(shù) )， 橫向尺寸為 L、高度為 h的四方柱體晶核形核功： dφ= (L2h/Ω )Δμ +L2(α +α αˊ )+4Lhα α: 二維晶核周界原子，側(cè)向鍵被斷開引起的 周界能。 即：在襯底上形成單原子層的二維晶核時，也需要一定成核功。 在流體相的 過飽和度或過冷度不太大 的情況下，這種處理方法正確，在所形成的臨界晶核中，至少包含有數(shù)十個原子或分子，可認(rèn)為是 “ 宏觀晶核 ” ， 并可用 表面能 這一宏觀量來描述。 實際情況中，過冷度常常很大，臨界核的尺寸小到只包含幾個原子，接近于原子尺寸，應(yīng)從原子模型出發(fā)考慮成核問題，根據(jù)原子的觀點來確定。 兩個 A原子從氣相中凝聚后 自由能減少了 uAA。 它們由斷開的最近鄰鍵數(shù) 4mn進(jìn)行估計，其中的 1/2來自斷鍵引起的表面能分屬兩個表面。 ● 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(xué) 晶體表面的缺陷對薄膜成核長大有重要影響： 增原子和缺陷的結(jié)合能常常大于和完整表面的結(jié)合能，晶核首先在缺陷處形成。 在襯底的臺階邊和扭折處有更大的成核概率。 表面點缺陷 （表面空位或雜質(zhì)增原子）近旁也有較大成核概率。{[1sin(θ +φ )]/2 cos2(θ +φ )cosθ /4sinφ } =(16π /3)Ω 2α 3/Δμ 2f(θ ,φ ) 三叉晶界有不同凹陷程度，近似以半角為 φ 的凹陷圓錐表示， 該處形成一球冠 A晶核： 如果 襯底是多晶 ，在 晶粒間界 ，特別是 三叉晶界 處有較大的成核概率。時，和襯底上非均勻成核的成核功公式相等： dφ c=(16πΩ 2α 3/Δμ 2)f(θ ) dφ c=(16π /3)Ω 2α 3/Δμ 2 因此在三叉晶界處容易成核。 φ =45186。 虛線：宏觀臺階旁成核功的形狀因子曲線，臺階處的成核功也顯著低于平坦面上的成核功。 簡單立方晶體 (001)面上沉積原子： 四個原子的正方形組態(tài)最為穩(wěn)定 。 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） 一層密排時成鍵數(shù)，總是大于雙層密排時的成鍵數(shù)，這是一層密排能量上有利的主要原因。 同質(zhì)外延最穩(wěn)定生長模式是單層生長，而不是多層島狀生長。 一層平行四邊形組態(tài)能量＜雙層正四面體組態(tài)能量 。 沉積原子數(shù) ↑ ，能量差 ↑ 。 但實際上，沉積原子常來不及遷移到能量最低的逐層生長組態(tài)，生長模式常以島狀生長為主，薄膜的生長常不決定于上述熱力學(xué)因素，而是決定于動力學(xué)因素。 如果 AB鍵能大于 AA鍵能，逐層生長有利 ； 反之， 如 AA鍵能顯著大于 AB鍵能，則島狀生長有利 。 如果 uAA2uAB，則兩層密排在能量上有利。 隨著沉積 A原子數(shù)從 8增加到 98， 雙層密排有利的條件 分別為uAA2uAB(N=8)， uAA(N=18)， uAA(N=32)， uAA(N=50)， uAA(N=72)， uAA(N=98)。 隨著 N的增大，雙層島狀排列有利的條件可以進(jìn)一步降低。 N 4 10 19 46 一層密排 12uAB 5uAA 30uAB 19uAA 57uAB 42uAA 138uAB 114uAA 雙層密排 9uAB 6uAA 21uAB 24uAA 36uAB 57uAA 81uAB 163uAA 雙層密排有利條件 uAA3uAB uAA uAA uAA uAA顯著大于 uAB： AA鍵顯著強(qiáng)于 AB鍵，Ａ原子將盡量結(jié)合在一起，并盡量減少和襯底Ｂ原子形成的ＡＢ鍵數(shù)，從而形成島狀生長模式。 此時，Ａ原子在Ｂ襯底上外延一層時獲得的能量和A原子同質(zhì)外延時相等 (uAB=uAA)或更大 (uABuAA)，因為 A原子單層排列不僅形成的鍵數(shù)比雙層排列多，而且形成的 AB鍵能大。 原則上講， uABuAA， A原子尺寸和 B原子尺寸相同，不發(fā)生單層生長后島狀生長模式。 引起的應(yīng)變能 隨膜厚的增大而增大，應(yīng)變能足夠大時，為弛豫此應(yīng)變能會產(chǎn)生失配位錯。 二維生長仍需克服一定勢壘，因為 A原子的一部分?jǐn)噫I的能量相當(dāng)于二維晶核的周界能。 自由能變化達(dá)到峰值：得到二維成核功，