二维纳米材料的制备

1、讲座序讲座序号号时间时间内容内容备注备注1 1Sept 11, Sept 11, 4:25pm4:25pm课程介绍，纳米材料概述课程介绍，纳米材料概述2 2Sept 12, Sept 12, 2:30pm2:30pm专题：碳纳米管专题：碳纳米管; ;专题专题: :自然界中的纳米材料自然界中的纳米材料3 3Sept 18, Sept 18, 4:25pm4:25pm固体表面的物理化学固体表面的物理化学5 5Sept 25, Sept 25, 4:25pm4:25pm纳米薄膜的制备纳米薄膜的制备 （原理）（原理）6 6Sept 26, Sept 26, 2:30pm2:30pm纳米薄膜的制备（蒸发

2、，溅射，外延等具体方法）纳米薄膜的制备（蒸发，溅射，外延等具体方法）7 7Sept 29, Sept 29, 4:25pm4:25pm一维纳米材料的制备一维纳米材料的制备 （原理，设备）（原理，设备）补10月2号的课8 8Oct 9, 4:25pmOct 9, 4:25pm一维纳米材料的制备一维纳米材料的制备 （具体方法）（具体方法）9 9Oct 10, 2:30pmOct 10, 2:30pm纳米颗粒的制备纳米颗粒的制备 （原理）（原理）1010Oct 12, 2:30pmOct 12, 2:30pm纳米颗粒的制备纳米颗粒的制备 （气相法）（气相法）补10月3号的课1111Oct 16, 4

3、:25pmOct 16, 4:25pm纳米颗粒的制备纳米颗粒的制备 （液相法）（液相法）1212Oct 17, 2:30pmOct 17, 2:30pm纳米颗粒的制备纳米颗粒的制备 （液相法）（液相法）1313Oct 23, 4:25pmOct 23, 4:25pm纳米颗粒的制备纳米颗粒的制备 （液相法）（液相法）1414Oct 24, 2:30pmOct 24, 2:30pm三维纳米材料与特殊纳米材料的制备（多孔，复合，核壳结构，等等）三维纳米材料与特殊纳米材料的制备（多孔，复合，核壳结构，等等）1515Oct 30, 4:25pmOct 30, 4:25pm刻蚀法制备纳米结构（自上而下）刻

4、蚀法制备纳米结构（自上而下）1616Nov 6, 4:25pmNov 6, 4:25pm纳米材料与结构的表征纳米材料与结构的表征预定课程安排预定课程安排纳米薄膜的制备薄膜的生长原理概要 纳米薄膜材料的介绍 薄膜生长的基本原理1.薄膜生长的基本模式（岛状，层状，复合）2.岛状生长的物理过程（形核-长大）3.形核机理 （自发 vs. 非自发）4.形核的影响因素（衬底温度，沉积速度）5.连续薄膜的形成1. 薄膜材料的概念薄膜材料的概念 采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材采用一定方法，使处于某种状态的一种或几种物质（原材料料) )的基团以物理或化学方式附着于衬底材料表面，在的基团以物理

5、或化学方式附着于衬底材料表面，在衬底衬底材料表面材料表面形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。形成一层新的物质，这层新物质就是薄膜。 简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过简而言之，薄膜是由离子、原子或分子的沉积过程形成的二维材料。程形成的二维材料。 薄膜的薄膜的生长过程生长过程直接影响薄膜的直接影响薄膜的结构结构以及它的最终以及它的最终性能性能。纳米薄膜材料的介绍2. 薄膜分类薄膜分类 （1 1）物态：）物态： 液态；固态液态；固态（2 2）结晶态：）结晶态： （3 3）化学角度）化学角度 无无机机薄薄膜膜有有机机薄薄膜膜集合体组成，由许多取向相异单晶多晶：在一衬底上生长质外延在单晶基底

6、上同质和异单晶：外延生长晶态长程无序有序非晶态：原子排列短程、。、固态薄膜 (thin solid film)纳米薄膜材料的介绍（4 4）组成）组成 非非金金属属薄薄膜膜金金属属薄薄膜膜（5 5）物性）物性 光光学学薄薄膜膜磁磁阻阻薄薄膜膜介介电电薄薄膜膜超超导导薄薄膜膜半半导导体体薄薄膜膜金金属属导导电电薄薄膜膜热热学学薄薄膜膜声声学学薄薄膜膜硬硬质质薄薄膜膜纳米薄膜材料的介绍 薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、薄膜材料与器件结合，成为电子、信息、传感器、光学、太阳能等技术的核心基础。太阳能等技术的核心基础。 3. 薄膜应用薄膜应用 光学薄膜光学薄膜 （反射，增透，防紫外线，

7、等等）；（反射，增透，防紫外线，等等）；电子信息技术（集成电路，网络设备，光盘，磁盘，液晶电子信息技术（集成电路，网络设备，光盘，磁盘，液晶显示器，等等）；显示器，等等）；能源技术（太阳能电池，燃料电池，等等）；能源技术（太阳能电池，燃料电池，等等）；传统机械领域（刀具硬化膜、热障涂层，等等）。传统机械领域（刀具硬化膜、热障涂层，等等）。薄膜是现代信息技术的核心要素之一薄膜是现代信息技术的核心要素之一纳米薄膜材料的介绍等离子体平板显示器 plasma display panel (PDP)Ag 膜透明导电膜保护电极寿命Polycrystalline silicon集成电路中的场效应晶体管 (M

8、OSFET)栅氧化层 (gate oxide): CVD铜导线 ：sputter or evaporation4.薄膜的制备方法薄膜的制备方法最主要的两类方法最主要的两类方法纳米薄膜材料的介绍薄膜生长过程薄膜生长过程透射电子显微镜与电子衍射原位观察薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理Ag在在NaCl晶体表面生长过程晶体表面生长过程（1）岛状生长模式：被沉积物质的原子或分子倾向与自身相互键合起来，而避免与衬底原子键合；从而形成许多岛，再由岛合并成薄膜。（2）层状生长模式：被沉积物质的原子倾向于与衬底原子成键结合。因此，薄膜从形核阶段开始即采取二维扩展模式，薄膜沿衬底表面铺开。在随后的沉积过程中，

9、一直维持这种层状生长模式。（3）混合生长模式：在最开始一两个原子层厚度时采用层状生长，之后转化为岛状生长。生长模式生长模式实验观察到的三种薄膜生长模式：薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理1、岛状生长、岛状生长(Volmer-Weber)模式模式 ：l到达衬底上的沉积原子首先凝聚成核，后续飞来的沉积原子不断聚集在核附近，形成许多岛，再由岛合并成薄膜，造成表面粗糙。l被沉积物质的原子或分子更倾向于自己相互键合起来，而避免与衬底原子键合（被沉积物质与衬底之间的浸润性较差）。生长模式生长模式薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理大部分的薄膜的形成过程属于岛状生长模式大部分的薄膜的形成过程属于岛状生长模

10、式 衬底晶格和沉积膜晶格不相匹配（非共格）时; 金属在非金属衬底上生长; 沉积温度足够高，沉积的原子具有一定的扩散能力。特点：特点：Ag在在NaCl晶体表面生长过程晶体表面生长过程 在在Ag原子到达衬底表面的最初阶段，原子到达衬底表面的最初阶段，Ag在衬底上先是形成了一些均匀、细小而且可以运动的原子团在衬底上先是形成了一些均匀、细小而且可以运动的原子团“岛岛”。这些像液珠一样的小岛不断地接受新的沉积原子，并与其他的小岛合并而逐渐长大，而岛的数目。这些像液珠一样的小岛不断地接受新的沉积原子，并与其他的小岛合并而逐渐长大，而岛的数目则很快地达到饱和。在小岛合并过程进行的同时，空出来的衬底表面上又会

11、形成新的小岛。这一则很快地达到饱和。在小岛合并过程进行的同时，空出来的衬底表面上又会形成新的小岛。这一小岛形成小岛形成与合并的过程与合并的过程不断进行，不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片直到孤立的小岛之间相互连接成片，最后只留下一些孤立的孔洞和沟道，后者不，最后只留下一些孤立的孔洞和沟道，后者不断被后沉积来的原子所填充。断被后沉积来的原子所填充。在空洞被填充的同时，形成了结构上连续的薄膜在空洞被填充的同时，形成了结构上连续的薄膜。薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理生长模式小岛合并的过程一般要进行到薄膜小岛合并的过程一般要进行到薄膜厚度达到数十纳米的时候才结束。厚度达到数十纳米的时候才结

12、束。2、层状生长（、层状生长（Frank-van der Merwe)模式：模式：发生的具体情形：l衬底晶格和沉积膜晶格相匹配（共格）时;l衬底原子与沉积原子之间的键能接近于沉积原子相互之间键能时；l以这种方式形成的薄膜，一般是单晶膜，并且和衬底有确定的取向关系。例如在Au衬底上生长Pb单晶膜、在PbS衬底上生长PbSe单晶膜等。 生长模式生长模式薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理特点：特点：l 沉积原子在衬底的表面以单原子层的形式均匀地覆盖一层，然后再在三维方向上生长第二层、第三层。l 当被沉积物质与衬底之间浸润性很好时，被沉积物质的原子更倾向于与衬底原子键合。因此，薄膜从形核阶段开始即采

13、取二维扩展模式，沿衬底表面铺开。在随后的过程中薄膜生长将一直保持这种层状生长模式。3、层状、层状-岛状岛状(Stranski-Krastanov)生长模式。生长模式。发生的具体情形：发生的具体情形：当衬底原子与沉积原子之间的键能大于沉积原子相互之间键能的情况下（准共格）；在半导体表面形成金属膜时常呈现这种方式的生长。例如在Ge表面上沉积Cd，在Si表面上沉积Bi、Ag等都属于这种类型。生长模式生长模式薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理特点：特点： 生长机制介于核生长型和层生长型的中间状态。 在层状-岛状中间生长模式中，在最开始一两个原子层厚度的层状生长之后，生长模式转化为岛状模式。导致这种模

14、式转变的物理机制比较复杂，但根本的原因应该可以归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。被列举出来解释这一生长模式的原因至少有以下三种：被列举出来解释这一生长模式的原因至少有以下三种：1 1）虽然开始生长是外延式的层状生长，但是由于薄膜与衬底之间晶格常数不匹配，因而随着）虽然开始生长是外延式的层状生长，但是由于薄膜与衬底之间晶格常数不匹配，因而随着沉积原子层的增加，应变能逐渐增加。为了沉积原子层的增加，应变能逐渐增加。为了松弛应变能松弛应变能，薄膜在生长到一定的厚度之后，生，薄膜在生长到一定的厚度之后，生长模式转化为岛状模式。长模式转化为岛状模式。2 2）在）在SiSi的（的（111111）晶面

15、上外延生长）晶面上外延生长GaAsGaAs时，由于第一层拥有五个价电子的时，由于第一层拥有五个价电子的AsAs原子不仅将使原子不仅将使SiSi晶体表面的全部原子键得到饱和，而且晶体表面的全部原子键得到饱和，而且AsAs原子自身也不再倾向于与其他原子发生键合，这有原子自身也不再倾向于与其他原子发生键合，这有效的效的降低了晶体的表面能降低了晶体的表面能，使得其后的沉积过程转变为三维的岛状生长。，使得其后的沉积过程转变为三维的岛状生长。3 3）层状外延生长表面是表面能比较高的晶面时，为了）层状外延生长表面是表面能比较高的晶面时，为了降低表面能降低表面能，薄膜力图将暴露的晶面改，薄膜力图将暴露的晶面改

16、变为低能晶面。因此薄膜在生长到一定厚度之后，生长模式会由层状模式向岛状模式转变。变为低能晶面。因此薄膜在生长到一定厚度之后，生长模式会由层状模式向岛状模式转变。导致导致层状层状-岛状模式转变岛状模式转变的物理机制的物理机制薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理生长模式生长模式在上述各种机制中，开始的时候层状生长的自由能较低，但其在上述各种机制中，开始的时候层状生长的自由能较低，但其后，岛状生长的自由能变低了，岛状生长反而变得更有利了。后，岛状生长的自由能变低了，岛状生长反而变得更有利了。薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理与其他与其他有核相变有核相变一样，薄膜的生一样，薄膜的生长过程也可被分为两

17、个不同的阶长过程也可被分为两个不同的阶段，即段，即新相的形核新相的形核与与薄膜的生长薄膜的生长阶段。阶段。体系的相变方式：体系的相变方式： 形核与生长的物理过程 核形成与生长的物理过程可用下图说明，从图中可看出核的形成与生长有四个步骤：核形成与生长的物理过程可用下图说明，从图中可看出核的形成与生长有四个步骤：(1)(1)原子吸附；原子吸附；(2)(2)表面扩散迁移；表面扩散迁移；(3)(3)原子凝结形成临界核；原子凝结形成临界核；(4)(4)稳定核捕获其他原子生长稳定核捕获其他原子生长薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理1 1、新相成核阶段、新相成核阶段在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子或分

18、子开始凝聚到衬底上，从而开始了所谓的形在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子或分子开始凝聚到衬底上，从而开始了所谓的形核阶段。由于热涨落的作用，核阶段。由于热涨落的作用， 原子到达衬底表面的最初阶段，在衬底上成了均匀细小、而且可原子到达衬底表面的最初阶段，在衬底上成了均匀细小、而且可以运动的原子团（岛或核）。以运动的原子团（岛或核）。当这些岛或核小于临界成核尺寸时，可能会消失也可能长大；而当它大于临界成核尺寸时，当这些岛或核小于临界成核尺寸时，可能会消失也可能长大；而当它大于临界成核尺寸时，就可能接受新的原子而逐渐长大。就可能接受新的原子而逐渐长大。形核与生长的物理过程2 2、薄膜生长阶段、薄膜

19、生长阶段一旦大于临界核心尺寸的小岛形成，它接受新的原子而逐渐长大，而岛的数目则很快达到一旦大于临界核心尺寸的小岛形成，它接受新的原子而逐渐长大，而岛的数目则很快达到饱和。小岛像液珠一样互相合并而扩大，而空出的衬底表面上又形成了新的岛。形成与合并饱和。小岛像液珠一样互相合并而扩大，而空出的衬底表面上又形成了新的岛。形成与合并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，一些孤立的孔洞也逐渐被后沉积的原的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，一些孤立的孔洞也逐渐被后沉积的原子所填充，最后形成薄膜。子所填充，最后形成薄膜。薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理(1)原子吸附 射向基板及薄膜表

20、面的原子入射到基体表面上，其中一部分因能量较大而弹性反射回去，另一部分吸附在表面上。在吸附的原子中有一小部分因能量稍大而再蒸发出去。(2)表面扩散迁移 停留于表面的原子，在自身所带能量及基板温度所对应的能量作用下，发生表面扩散(surface diffusion)及表面迁移(surface migration)。一部分再蒸发，脱离表面。(3)原子凝结形成临界核 吸附原子在表面上扩散迁移，互相碰撞结合成原子团，并凝结在表面上。原子团中的原子数达到某一个临界值，成为临界核；临界核进一步与其他吸附原子碰撞结合，向着长大方向发展形成稳定核。(4)稳定核捕获其他原子而获得生长 稳定核再捕获其他吸附原子，

21、或者与入射气相原子相结合使它进一步长大成为小岛。（5）岛生长、合并，形成连续的膜形核与生长的物理过程薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理形核的机理形核的机理在薄膜沉积过程的最初阶段，都需要有新相的核心形成。新相的成核过程可以被分为两种类型：在薄膜沉积过程的最初阶段，都需要有新相的核心形成。新相的成核过程可以被分为两种类型：1. 自自发成核发成核：整整个形核过程完全是在个形核过程完全是在相变自由能的推动相变自由能的推动下进行的下进行的；2. 非自发成核非自发成核：除除了有相变自由能作推动力之外，还有了有相变自由能作推动力之外，还有其他的因素其他的因素起到了帮助新相核心生成的作起到了帮助新相核心生

22、成的作用用。 薄膜与衬底之间浸润性薄膜与衬底之间浸润性差，薄膜的形核过程可差，薄膜的形核过程可以近似为自发形核以近似为自发形核薄膜自发形核示意图薄膜非自发形核示意图自发形核的热力学理论从过饱和气相中合成球形核从过饱和气相中合成球形核能垒能垒体自由能的变化体自由能的变化表面能的变化总自由能的变化总自由能的变化23434rGrGGrGV334形核的热力学驱动力：形核的热力学驱动力：单位体积的相变自由能之差单位体积的相变自由能之差 G pV, S 0, G 0伴随着新相生成薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理系统的总自由能变化系统的总自由能变化将上式将上式r r求微分，求出使得自由能变化取得极值的条

23、件为：求微分，求出使得自由能变化取得极值的条件为：临界形核半径临界形核半径对应的对应的形成临界核心时系统的自由能变化形成临界核心时系统的自由能变化：讨论：讨论：23434rGrGSkTG1ln其中能垒能垒自发形核的热力学理论薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理热激活热激活过程提供的能量起伏将使某些原子团具备了大小的自由能涨落，从而导致了新相核心的形成。过程提供的能量起伏将使某些原子团具备了大小的自由能涨落，从而导致了新相核心的形成。当当 r rr rr r* *时，新相核心将处于可以继续稳定生长的状态，并且生长过程将使得自由能下时，新相核心将处于可以继续稳定生长的状态，并且生长过程将使得自由能

24、下降；降； 气相的过饱和度气相的过饱和度S S越大，越大，G G的绝对值越大，临界形核半径越小，需要克服的形核能垒的绝对值越大，临界形核半径越小，需要克服的形核能垒G G* *越小。越小。非自发成核过程的热力学理论在大多数固体相变过程中，涉及的成核在大多数固体相变过程中，涉及的成核过程都是非自发成核的过程。过程都是非自发成核的过程。 Gv是单位体积的相变自由能，它是薄膜成核的驱动力； vf、 fs、sv分别是气相(v)、衬底(s)与薄膜(f)之间的界面能； a1、a2、a3是与核的具体形状有关的常数：研究对象：一个原子团在衬底上形研究对象：一个原子团在衬底上形成初期的自由能变化成初期的自由能变

25、化32221223VfssvvfGa rGa ra ra r31(23coscos) 3a22sina32 (1 cos )a薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理核心形状的稳定性要求界面能之间满足：核心形状的稳定性要求界面能之间满足： sv = fs + vf cos 由上式也可以说明薄膜的不同生长模式。由上式也可以说明薄膜的不同生长模式。 0 sv fs + vf 岛状生长模式；岛状生长模式； = 0 sv = fs + vf 层状生长模式或混合模式。层状生长模式或混合模式。 只取决于各界面能之间的数量关系。薄只取决于各界面能之间的数量关系。薄膜与衬底的浸润性越差，则膜与衬底的浸润性越差，则

26、的数值越大。的数值越大。非自发成核过程的热力学理论薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理33*216(23coscos)34vfVGG322*12()3vffssvVaaaraG 第一项正是自发形核过程的临界自由能变化，而后一项则为非自发形核相对于第一项正是自发形核过程的临界自由能变化，而后一项则为非自发形核相对于自发形核过程能量势垒降低的因子。自发形核过程能量势垒降低的因子。32221223VfssvvfGa rGa ra ra r临界形核半径：临界形核能垒：接触角接触角越小，即衬底与薄膜的浸润性越好，则非自发形核的越小，即衬底与薄膜的浸润性越好，则非自发形核的能垒越低，非自发形核的倾向也越大

27、。能垒越低，非自发形核的倾向也越大。在层状模式（在层状模式（ = 0 ）时，形核势垒高度等于零。）时，形核势垒高度等于零。接触角对形核能垒的影响：接触角对形核能垒的影响：非自发形核自由能表达式：l 成核自由能变化随新相核心半径的变化关系成核自由能变化随新相核心半径的变化关系-类似自发成核，形成临界核心的临界自类似自发成核，形成临界核心的临界自由能变化由能变化G* 实际上就相当于成核的势垒；热激活过程提供的能量起伏将使的一些实际上就相当于成核的势垒；热激活过程提供的能量起伏将使的一些原子具备了原子具备了G* 大小，导致新核的形成。大小，导致新核的形成。l 在薄膜沉积的情况下，核心常出现在衬底的某

28、个局部位置上，如晶体缺陷、原子层在薄膜沉积的情况下，核心常出现在衬底的某个局部位置上，如晶体缺陷、原子层形成的台阶、杂质原子处等。这些地点或可以降低薄膜与衬底间的界面能，或可以形成的台阶、杂质原子处等。这些地点或可以降低薄膜与衬底间的界面能，或可以降低使原子发生键合时所需的激活能。因此，薄膜形核的过程在很大程度上取决于降低使原子发生键合时所需的激活能。因此，薄膜形核的过程在很大程度上取决于衬底表面能够提供的形核位置的特性和数量。衬底表面能够提供的形核位置的特性和数量。非自发成核过程的热力学理论薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理（1）衬底温度对薄膜形核过程的影响（沉积速率R一定）。*0RrT*

29、0RGT衬底温度和沉积速度对形核的影响薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理仅对在自发形核的情况下，这两个因素对临界核心半径r*和临界自由能变化G*的影响说明它们对整个形核过程及其薄膜组织的影响。影响薄膜沉积过程的最重要的两个因素：影响薄膜沉积过程的最重要的两个因素： 沉积速率沉积速率R与与衬底温度衬底温度T。衬底温度的上升导致新相衬底温度的上升导致新相的形成更为困难的形成更为困难临界形核半径与形核能垒：r*和G*均随新相相变过冷度T的增加而减小。因而，随着温度的上升，形核相变过冷度T减小，r*和 G* 两者都会增大：TTHGcG正比于形核相变的过冷度T:衬底温度和沉积速度对形核的影响lnVek

30、TRGR 0VG*0VVVTGrrr kTRGRGR薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理（2）沉积速率）沉积速率R对薄膜形核的影响对薄膜形核的影响固相从气相凝结出来的相变驱动力为：R -层积速率Re -平衡层积速率VppkTGln类似于通过气相蒸汽压的表达因此，临界核心半径r*随层积速率R的变化类似也可以得出临界自由能G* 随层积速率R的变化*20VVVTGGGG kTRGRGR 因此，因此，随着薄膜沉积速率随着薄膜沉积速率R R的提高，薄膜临界核心半径与临界形核自由能随之降低。的提高，薄膜临界核心半径与临界形核自由能随之降低。讨论：讨论：温度和沉积速度对薄膜沉积中形核过程影响。温度和沉积速度

31、对薄膜沉积中形核过程影响。 温度越高，则需要形成的临界核心的尺寸越大，形核的临界自由能势垒也越高。这有利于形成粗大的岛状组织。低温时，临界形核自由能下降，形成的核心数目增加，这将有利于形成晶粒细小而连续的薄膜组织。 沉积速率增加将导致临界核心尺寸减小，临界形核自由能降低。在某种程度上这相当于降低了沉积温度，将使得薄膜组织的晶粒发生细化，并导致细密的薄膜组织。衬底温度和沉积速度对形核的影响薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理*0RrT*0RGT*0VVVTGrrr kTRGRGR*20VVVTGGGG kTRGRGR温度的影响：沉积速率的影响： 低温、高速的沉积往往导致多晶态低温、高速的沉积往往

32、导致多晶态甚至是非晶态的薄膜组织。甚至是非晶态的薄膜组织。 高温、低速的沉积往往导致粗大的高温、低速的沉积往往导致粗大的岛状组织甚至是单晶结构的薄膜。岛状组织甚至是单晶结构的薄膜。衬底温度和沉积速度对形核的影响薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理以上四个不等式所给出的结果与实验以上四个不等式所给出的结果与实验观察到的观察到的沉积速度和温度对薄膜沉积沉积速度和温度对薄膜沉积中形核过程影响中形核过程影响的实验规律相吻合。的实验规律相吻合。l薄膜沉积速率薄膜沉积速率R和和衬底温度衬底温度T是影响薄膜沉积过程的最重要的两个因素。是影响薄膜沉积过程的最重要的两个因素。l随着沉积速率随着沉积速率R的提高，

33、薄膜临界核心半径和临界核心自由能均随之降低，的提高，薄膜临界核心半径和临界核心自由能均随之降低，新相核心的形成较容易；高的沉积速率将会导致高的成核速率。新相核心的形成较容易；高的沉积速率将会导致高的成核速率。l随着沉积温度随着沉积温度T的上升，新相临界核心半径和临界核心自由能均升高，新相的上升，新相临界核心半径和临界核心自由能均升高，新相核心的形成较困难；因此高温时，首先形成粗大的岛状薄膜组织。核心的形成较困难；因此高温时，首先形成粗大的岛状薄膜组织。l低温沉积和高速沉积有利于形成晶粒细小而连续的薄膜组织，往往导致多晶低温沉积和高速沉积有利于形成晶粒细小而连续的薄膜组织，往往导致多晶态甚至非晶态的薄膜。态甚至非晶态的薄膜。l要想得到粗大甚至是单晶结构的薄膜，一个必要的条件是适当地提高沉积温要想得到粗大甚至是单晶结构的薄膜，一个必要的条件是适当地提高沉积温度，并降低沉积的速率。度，并降低沉积的速率。衬底温度和沉积速度对形核的影响薄膜生长的基本原理薄膜生长的基本原理总结：连续薄膜的形成连续薄膜的形成形核初期形成的孤立核心将随着时间的推移而逐渐长大，这一过程除了涉及吸纳单形核初期形成的孤立核心将随着时间的推移而逐渐长大，这一过程除了涉及吸纳单个的气相原子和表面吸附原子之外，还涉及核心之间的相互吞并和联合的过程。个的气相原子和表面吸附原子之外，还涉及核心