薄膜的形成過程及生長方式

主講人：張寶賢學號：12191082班級：12級3班1精品課件目錄5.1薄膜生長過程概述5.2形核階段5.3薄膜生長過程與薄膜結構習題2精品課件5.1、薄膜生長過程概述薄膜的生長可劃分為兩個不同階段：新相的形核階段薄膜的生長階段5.1.1形核

形核是薄膜的誕生階段，從本質上講是一個氣－固相變的過程。3精品課件薄膜通常通過材料的氣態原子凝聚而形成。在薄膜形成的最早階段，原子凝聚是以三維方式開始的，然后通過擴散過程核長大形成連續膜。薄膜新奇的結構特點和性質大部分歸因于生長過程，所以薄膜生長是最為基本的。4精品課件

5.12薄膜的生長模式薄膜的生長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）層島復合模式（Stranski-Krastanov）三種模式的示意圖5.25精品課件6精品課件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都是這一生長模式。7精品課件2.層狀模式例如，半導體膜的單晶外延生長就是這種模式。8精品課件5.2形核階段新相的形核過程分為兩種類型：即自發形核和非自發形核。所謂自發形核指的是整個形核過程完全是在相變自由能的推動下進行的；非自發形核則指的是除了有相變自由能做推動力外，還有其他的因素起著幫助新相核心生成的作用。9精品課件

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壘也越高，這與高溫時沉積的薄膜首先形成粗大的島狀組織相吻合。

低溫時，臨界形核自由能下降，形成的核心的數目增加，將有利于形成晶粒細小而連續的薄膜組織。10精品課件5.3、薄膜生長過程與薄膜結構薄膜的生長模式可以分為外延式生長和非外延式生長兩種生長模式。

11精品課件5.3.2低溫抑制型薄膜生長在襯底溫度較低的情況下，沉積薄膜呈現一種纖維狀的組織，這是在沉積過程中原子擴散能力有限、大量晶核競爭生長的結果。在薄膜的斷面上，這種纖維狀組織表現的最為明顯，這是因為纖維狀組織的晶粒邊界處密度較低，結合強度較弱，所以是常常發生斷裂的地方。如圖5.10所示。12精品課件13精品課件纖維狀組織的一個特點是：纖維的生長方向與粒子的入射方向近似地滿足正切夾角關系。tanα＝2tanβα，β分別為粒子入射方向和纖維生長方向與襯底法向間的夾角。實驗證明，纖維狀生長與薄膜沉積時原子入射的方向性有關。14精品課件由圖中可以看出，隨著溫度的提高，薄膜密度上升。15精品課件低溫抑制型薄膜沉積過程的特點：原子的表面擴散能力較低，其沉積的位置就是其入射到薄膜表面時的位置;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。16精品課件5.3.3高溫熱激活型薄膜生長當沉積溫度較高時，原子擴散較為充分，擴散就會影響薄膜的組織結構和形貌。它可以消除孔洞的存在，使薄膜組織狀變為柱狀晶形態。由于原子的平均擴散距離隨著溫度的上升呈指數形式增加，因此，組織形態的轉變發生在0.3Tm附近很小的溫度區域。17精品課件由圖可以看出，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，薄膜組織隨沉積溫度的變化情況。18精品課件圖5.18顯示了襯底溫度對薄膜表面形貌的影響19精品課件可以看出，薄膜的表面形貌從低溫的拱形表面形貌變化為由晶體學平面構成的多晶形貌。當溫度更高時，薄膜內部發生再結晶，晶粒尺寸增加到與薄膜厚度相仿，薄膜的組織變為形態3型的等軸晶組織。20精品課件

復習題

薄膜的生長模式有幾種？分別以圖示之。

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