薄膜的形成過(guò)程及生長(zhǎng)方式1第一頁(yè)，共二十頁(yè)。目錄5.1薄膜生長(zhǎng)過(guò)程概述5.2

形核階段5.3薄膜生長(zhǎng)過(guò)程與薄膜結(jié)構(gòu)習(xí)題第二頁(yè)，共二十頁(yè)。5.1、薄膜生長(zhǎng)過(guò)程概述薄膜的生長(zhǎng)可劃分為兩個(gè)不同階段：新相的形核階段薄膜的生長(zhǎng)階段5.1.1形核

形核是薄膜的誕生階段，從本質(zhì)上講是一個(gè)氣－固相變的過(guò)程。第三頁(yè)，共二十頁(yè)。薄膜通常通過(guò)材料的氣態(tài)原子凝聚而形成。在薄膜形成的最早階段，原子凝聚是以三維方式開(kāi)始的，然后通過(guò)擴(kuò)散過(guò)程核長(zhǎng)大形成連續(xù)膜。薄膜新奇的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性質(zhì)大部分歸因于生長(zhǎng)過(guò)程，所以薄膜生長(zhǎng)是最為基本的。第四頁(yè)，共二十頁(yè)。

5.12薄膜的生長(zhǎng)模式薄膜的生長(zhǎng)模式可以歸納為三種：（1）島狀模式（Volmer-Weber模式）；（2）層狀模式（Frank-vanderMerwe）；（3）層島復(fù)合模式（Stranski-Krastanov）三種模式的示意圖5.2第五頁(yè)，共二十頁(yè)。第六頁(yè)，共二十頁(yè)。1.島狀模式在絕緣體、鹵化物晶體、石墨、云母等非金屬襯底上沉積金屬大多數(shù)都是這一生長(zhǎng)模式。第七頁(yè)，共二十頁(yè)。2.層狀模式例如，半導(dǎo)體膜的單晶外延生長(zhǎng)就是這種模式。第八頁(yè)，共二十頁(yè)。5.2

形核階段新相的形核過(guò)程分為兩種類型：即自發(fā)形核和非自發(fā)形核。所謂自發(fā)形核指的是整個(gè)形核過(guò)程完全是在相變自由能的推動(dòng)下進(jìn)行的；非自發(fā)形核則指的是除了有相變自由能做推動(dòng)力外，還有其他的因素起著幫助新相核心生成的作用。第九頁(yè)，共二十頁(yè)。

溫度越高，則需要形成的臨界核心的尺寸越大，形核的臨界自由能勢(shì)壘也越高，這與高溫時(shí)沉積的薄膜首先形成粗大的島狀組織相吻合。

低溫時(shí)，臨界形核自由能下降，形成的核心的數(shù)目增加，將有利于形成晶粒細(xì)小而連續(xù)的薄膜組織。第十頁(yè)，共二十頁(yè)。5.3

、薄膜生長(zhǎng)過(guò)程與薄膜結(jié)構(gòu)薄膜的生長(zhǎng)模式可以分為外延式生長(zhǎng)和非外延式生長(zhǎng)兩種生長(zhǎng)模式。

第十一頁(yè)，共二十頁(yè)。5.3.2低溫抑制型薄膜生長(zhǎng)在襯底溫度較低的情況下，沉積薄膜呈現(xiàn)一種纖維狀的組織，這是在沉積過(guò)程中原子擴(kuò)散能力有限、大量晶核競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的結(jié)果。在薄膜的斷面上，這種纖維狀組織表現(xiàn)的最為明顯，這是因?yàn)槔w維狀組織的晶粒邊界處密度較低，結(jié)合強(qiáng)度較弱，所以是常常發(fā)生斷裂的地方。如圖5.10所示。第十二頁(yè)，共二十頁(yè)。第十三頁(yè)，共二十頁(yè)。纖維狀組織的一個(gè)特點(diǎn)是：纖維的生長(zhǎng)方向與粒子的入射方向近似地滿足正切夾角關(guān)系。

tanα

＝2tanβα，β分別為粒子入射方向和纖維生長(zhǎng)方向與襯底法向間的夾角。實(shí)驗(yàn)證明，纖維狀生長(zhǎng)與薄膜沉積時(shí)原子入射的方向性有關(guān)。第十四頁(yè)，共二十頁(yè)。由圖中可以看出，隨著溫度的提高，薄膜密度上升。第十五頁(yè)，共二十頁(yè)。低溫抑制型薄膜沉積過(guò)程的特點(diǎn)：原子的表面擴(kuò)散能力較低，其沉積的位置就是其入射到薄膜表面時(shí)的位置;決定薄膜組織的唯一因素是原子的入射方向;形成的薄膜充滿了缺陷和孔洞，表面粗糙。第十六頁(yè)，共二十頁(yè)。5.3.3高溫?zé)峒せ钚捅∧どL(zhǎng)當(dāng)沉積溫度較高時(shí)，原子擴(kuò)散較為充分，擴(kuò)散就會(huì)影響薄膜的組織結(jié)構(gòu)和形貌。它可以消除孔洞的存在，使薄膜組織狀變?yōu)橹鶢罹螒B(tài)。由于原子的平均擴(kuò)散距離隨著溫度的上升呈指數(shù)形式增加，因此，組織形態(tài)的轉(zhuǎn)變發(fā)生在0.3Tm附近很小的溫度區(qū)域。第十七頁(yè)，共二十頁(yè)。由圖可以看出，隨著襯底溫度的上升，薄膜中的孔洞迅速減少。圖5.17是二維模擬得出的30°角傾斜入射沉積時(shí)，薄膜組織隨沉積溫度的變化情況。第十八頁(yè)，共二十頁(yè)。圖5.18顯示了襯底溫度對(duì)薄膜表面形貌的影響第十九頁(yè)，共二十頁(yè)?？梢钥闯觯∧さ谋砻嫘蚊矎牡?/p>