第二章 薄膜的形成与构造.pdf

第二章第二章第二章第二章第二章第二章第二章第二章 薄膜的形成与构造薄膜的形成与构造薄膜的形成与构造薄膜的形成与构造薄膜的形成与构造薄膜的形成与构造薄膜的形成与构造薄膜的形成与构造 杨晓非杨晓非 年1111月月 内容提要内容提要：： 薄膜的形成过程 薄膜形成的三种模式薄膜形成的三种模式 核的形成及其生长理论核的形成及其生长理论 薄膜的特征： 内部原子或离子(以后简称为原子) 的排列都具 有长程有序或短程有序有长程有序或短程有序，即薄膜有和块状固体即薄膜有和块状固体 相近的微观结构。 所以，薄膜的生长过程不是原子的杂乱堆 积，而是在原在原子之间相之间相互作作用的的引导和制制 约下有序进行的 薄膜的形成过程薄膜的形成过程 薄膜的形成分四个阶段： 成核成核 成岛成岛 岛长大并结合形成迷津结构 形成连续薄膜 薄膜的成核阶段薄膜的成核阶段 有有一定动能的气相原子定动能的气相原子→入射到基片表面入射到基片表面 →反射、短暂吸附、吸附 （物理、化学） →吸附原子的作不同方向的吸附原子的作不同方向的表面扩散运动表面扩散运动 →单个吸附原子间的相互碰撞→凝结 →凝结产生的凝结产生的原子团原子团和其它吸附原子碰撞和其它吸附原子碰撞 →临界核 →稳定核稳定核 →捕获其它吸附原子或与入射气相原子碰 撞结合撞结合 →小岛 原子吸附在基底表面一般都是物理 吸附附，即依依靠原子偶偶极矩或四极矩 之间的吸引力 （Van der Waals) 吸附原子的徙动 吸附原子的再蒸发 随着原子数的增加，原子团的稳定性也将增加，即 当原子团的原子数增加时，它捕获一个原子的几率 将增加将增加，而失去而失去一个原子的几率减小个原子的几率减小。当原子团所当原子团所 包含的原子数增加到一定数量的时候，原子团接受 一个原子长大的几率将等于它失去个原子长大的几率将等于它失去一个原子而变小个原子而变小 甚至消亡的几率，这样的原子团实际上已处于一种 亚稳定状态，我们把它叫做临界核 临界核再接受一个原子，这个新的原子团接受一 个原子长大的几率将超过失去个原子长大的几率将超过失去一个原子变小甚至个原子变小甚至 消亡的几率，这样的原子团是稳定的，我们把它 叫做核 成核成核就是吸附原子在基底表面徙动的过就是吸附原子在基底表面徙动的过 程中，与其它吸附原子或原子团碰撞结 合成为合成为稳定的最小原子团稳定的最小原子团—— （（最小的最小的）） 核的过程 几个相关概念和参数几个相关概念和参数 徙动徙动 驻留系数驻留系数 平均驻留时间 饱和核密度 薄膜的成岛阶段薄膜的成岛阶段 核长大成为有微晶结构原子团的过程核长大成为有微晶结构原子团的过程 成岛成岛 随着吸附原子的不断加入随着吸附原子的不断加入，在原子间相互作用在原子间相互作用 的引导和制约下，原子的排列逐渐有序。当核 内的原子达到内的原子达到一定数量的时候定数量的时候，整个核具有了整个核具有了 结晶体有序排列的雏形，即成为一个具有微晶 结构的原子团，这种原子团就称之为岛 岛长大并结合成迷津结构岛长大并结合成迷津结构 核 （球帽型、圆形）→不断捕获吸附原子 联并 小岛