薄膜的生長過程和薄膜結(jié)構(gòu)(已改無錯(cuò)字)
2023-06-02 13:42:10 本頁面
【正文】 。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 34 在 ΔGv0的前提下，可以得出 隨薄膜沉積速率 R的提高，薄膜臨界核心半徑與臨界形核自由能均隨之降低，即 高的沉積速率將會導(dǎo)致高的形核速率和細(xì)密的薄膜組織 。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 35 襯底溫度對薄膜形核過程的影響： 氣相過飽和度 S越大，薄膜的臨界核心半徑 r*和臨界形核自由能變化 ΔG*越小，因而隨著襯底溫度的降低， r*和 ΔG*都會減小，即 隨著溫度上升和相變過冷度減小，薄膜臨界核心半徑增大 ，新相的形成將變得較為困難。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 36 STM images of TiSi2 islands formed on Si(100). 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 37 總結(jié)： T越高， r*越大， ΔG*也越高，沉積的薄膜首先形成粗大的島狀組織； T降低， ΔG*下降，形成的核心數(shù)目增加，形成晶粒細(xì)小而連續(xù)的薄膜組織。 R增加將導(dǎo)致 r*減小， ΔG*降低，相當(dāng)于降低沉積溫度，使薄膜組織的晶粒細(xì)化。 因此， 提高沉積的溫度并降低沉積的速率 可以得到 粗大甚至是單晶結(jié)構(gòu) 的薄膜； 低溫、高速的沉積往往導(dǎo)致 多晶態(tài)甚至是非晶態(tài) 的薄膜組織。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 38 連續(xù)薄膜的形成 形核初期形成的孤立核心將隨著時(shí)間的推移而逐漸長大，這一過程除了涉及吸納單個(gè)的氣相原子和表面吸附原子之外，還涉及了核心之間的相互吞并和聯(lián)合的過程。 核心相互吞并的機(jī)制： ? 奧斯瓦爾多 (Ostwsld)吞并過程 ? 熔結(jié)過程 ? 原子團(tuán)的遷移 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 39 奧斯瓦爾多 (Ostwsld)吞并過程 設(shè)想在形核過程中已經(jīng)形成了各種不同大小的許多核心。隨著時(shí)間的推移，較大的核心將依靠吞并較小的核心而長大。這一過程的驅(qū)動(dòng)力來自于島狀結(jié)構(gòu)的薄膜力圖 降低自身表面自由能的趨勢 。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 40 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 41 球的表面自由能 Gs=4πri2γ (i=1,2)， 每個(gè)球含有的原子數(shù) ni=4πri3/3Ω， 那么：每 增加一個(gè)原子帶來的表面自由能增加 每個(gè)原子的自由能 則得到吉布斯 辛普森 (GibbsThomson)關(guān)系 a∞ 相當(dāng)于無窮大原子團(tuán)中原子的活度值。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 42 公式表明，較小的核心中的原子將具有較高的活度，其平衡蒸氣壓也將較高。 因此，當(dāng)兩個(gè)尺寸大小不同的核心互為近鄰的時(shí)候，尺寸較小的核心中的原子有 自發(fā)蒸發(fā)的傾向，而較大的核心則會因其平衡蒸氣壓較低而 吸納 蒸發(fā)來的原子。結(jié)果是較大的核心吸收原子而長大，而較小的核心則失去原子而消失。吞并的結(jié)果使薄膜大多由尺寸較為相近的島狀核心所組成。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 43 熔結(jié)過程 熔結(jié)是 兩個(gè)相互接觸的核心 相互吞并的過程。過程的驅(qū)動(dòng)力：表面能的降低趨勢。 在此過程中，原子的擴(kuò)散可能有兩種機(jī)制，即體擴(kuò)散機(jī)制和表面擴(kuò)散機(jī)制。表面擴(kuò)散機(jī)制對熔結(jié)過程的貢獻(xiàn)可能會更大一些。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 44 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 45 原子團(tuán)的遷移 在薄膜生長初期，島的相互合并還涉及島的遷移過程。在襯底上的原子團(tuán)還具有相當(dāng)?shù)幕顒?dòng)能力。場離子顯微鏡已經(jīng)觀察到了含有兩三個(gè)原子的原子團(tuán)的遷移現(xiàn)象。而電子顯微鏡的觀察也發(fā)現(xiàn)，只要襯底溫度不是很低，擁有 50～ 100個(gè)原子的原子團(tuán)也可以發(fā)生平移、轉(zhuǎn)動(dòng)和跳躍式的運(yùn)動(dòng)。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 46 原子團(tuán)的遷移是由 熱激活過程 所驅(qū)使的，其激活能 Ec應(yīng)與原子團(tuán)的半徑 r有關(guān)。原子團(tuán)越小，激活能越低，原子團(tuán)的遷移也越容易。原子團(tuán)的運(yùn)動(dòng)將導(dǎo)致原子團(tuán)間相互發(fā)生碰撞和合并。 薄膜生長過程和結(jié)構(gòu) 47 薄膜生長過程與薄膜結(jié)構(gòu) 薄膜的生長模式： 外延式生長和
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