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文档简介

1、薄膜的形成过程和生长方式，学号： 12191082级： 1.2级3级，目录，5.1薄膜生长过程概述5.2形核阶段5.3薄膜生长过程和薄膜结构练习题，5.1，薄膜生长过程概述，薄膜生长可分为两个不同的阶段：新相形核阶段薄膜的生长阶段5.1.1形核是薄膜的诞生薄膜通常是由材料的气体原子凝聚而形成的。 在薄膜形成的最初阶段，原子凝聚三次元地开始，在扩散过程中核成长形成连续膜。 薄膜的新结构特征和性质大部分起因于生长过程，因此薄膜的生长是最基本的。 5.12薄膜的生长模式、薄膜的生长模式可以归纳为三种： (1)岛状模式(Volmer-Weber模式) (2)层状图案(Frank-van der Mer

2、we) (3)层岛复合模式(Stranski-Krastanov )的2 .层状图案，例如半导体膜的单晶外延生长就是该图案。 5.2形核阶段，新相的形核过程可分为两种类型：自发形核和非自发形核。 自发形核是指形核的整个过程是在相变自由能的推进下进行的，非自发核是指除了相变自由能作为推动力发挥作用外，其他因素还起到了帮助新相核生成的作用。 温度越高，应形成的临界核的尺寸越大，核形成的临界自由能垒也越高，符合高温时堆积的薄膜首先形成粗大的岛状组织的情况。 低温时，临界形核自由能降低，形成的核的数量增加，有利于晶粒形成细小连续的薄膜组织。 5.3、薄膜生长过程和薄膜结构、薄膜生长模式分为外延生长和非

3、外延生长两种生长模式。 5.3.2低温抑制型薄膜的生长，是基板温度低时，沉积膜呈纤维状组织，这是沉积过程中原子扩散能力有限，大量核竞争性生长的结果。 在薄膜的断面上，该纤维状组织最明显的表现是由于在纤维状组织的晶界密度低、键强度弱，经常断裂。 如图5.10所示。 纤维状组织的一个特征是纤维的生长方向和粒子的入射方向几乎满足相切角度关系。 tan 2tan分别是粒子的入射方向、纤维的生长方向和基板法线所成的角度。 实验证明，纤维状生长与薄膜沉积时的原子入射方向有关。 由图可知，随着温度的升高，薄膜密度上升。 低温抑制型薄膜沉积过程的特点是，原子的表面扩散能力低，决定其沉积位置是薄膜表面入射时的位

4、置，薄膜组织的唯一因素是原子的入射方向形成的薄膜充满缺陷和孔，表面粗糙。 5.3.3高温热活性型薄膜的生长，在沉积温度高时，原子扩散为一盏茶，扩散影响薄膜的组织架构和形态。 可以消除空隙的存在，将薄膜的组织状变为柱状晶的形态。 原子的平均扩散距离随着温度的上升呈指数增加，因此组织形态的变化发生在0.3Tm附近的小温度区域。 由图可知，随着基板温度的上升，薄膜中的空隙急速减少。 图5.17是通过二次元模拟得到的3.0角倾斜入射堆积时薄膜组织的堆积温度的变化状况。 图5.18表示基板温度对薄膜的表面形态的影响，可知薄膜的表面形态从低温的拱形表面形态变化为由结晶学平面构成的多晶形态。 温度进一步升高

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