薄膜物理第五章.ppt

第五章 薄膜的生长过程和薄膜结构 第一节 薄膜生长过程概述 第二节 新相的自发形核理论 第三节 薄膜的非自发形核模型 第四节 连续薄膜的形成 第五节 薄膜生长过程与薄膜结构 第六节 非晶薄膜 第七节 薄膜的外延生长 第八节 薄膜生长过程的实际模拟 第九节 薄膜中的应力和薄膜的附着力 第一节 薄膜生长过程概述 第一节 薄膜生长过程概述 岛状生长模式 这一生长模式表明，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，即被沉积物质与衬底之间的浸润性较差。 第一节 薄膜生长过程概述 层状生长模式 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。 第一节 薄膜生长过程概述 中间生长模式 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。 第一节 薄膜生长过程概述 层状-岛状中间生长模式，导致这种模式转变的物理机制比较复杂，可以被列举出来的至少有以下三种情况： （1）在Si的（111）晶面上外延生长GaAs时，由于第一层拥有五个价电子的As原子不仅将使Si晶体表面的全部原子键得到饱和，而且As原子自身也不再倾向于与其他原子发生键合。这有效地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。 （2）虽然开始时的生长是外延式的层状生长，但是由于存在晶格常数的不匹配，因而随着沉积原子层的增加，应变能逐渐增加。为了松弛这部分能量，当薄膜生长到一定厚度之后，生长模式转化为岛状模式。 （3）层状外延生长表面是表面能比较高的晶面。因而为了降低表面能，薄膜力图将暴露的晶面改变为低能面，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。 第二节 新相的自发形核理论 第二节 新相的自发形核理论 例：从过饱和气相中凝结出一个球形的固相核心的过程。 第二节 新相的自发形核理论 在新的核心形成的同时，还将伴随有新的固-气相界面的生成，它导致相应界面能的增加，其数值为4πr2γ,其中γ为单位面积的界面能。综合上面两项能量之后，得到系统的自由能变化为 第二节 新相的自发形核理论 第二节 新相的自发形核理论 在新相核心的形成过程中，会同时有许多个核心在形成。新相核心的形成速率dN/dt正比于三个因素 第二节 新相的自发形核理论 第三节 薄膜的非自发形核模型 一、非自发形核过程的热力学 二、薄膜的形核率 三、衬底温度和沉积速率对形核过程的影响 第三节 薄膜的非自发形核模型 一、非自发形核过程的热力学 第三节 薄膜的非自发形核模型 一、非自发形核过程的热力学 核心形状的稳定性要求各界面能之间满足条件 第三节 薄膜的非自发形核模型 一、非自发形核过程的热力学 由式6-10对原子团半径r微分为零的条件，可求出形核自由能ΔG取得极值的条件为 第三节 薄膜的非自发形核模型 一、非自发形核过程的热力学 第三节 薄膜的非自发形核模型 二、薄膜的形核率 新相形成所需要的原子可能来自： （1）气相原子的直接沉积； （2）衬底吸附的气相原子沿表面的扩散。 在形核的最初阶段，已有的核心数极少，因而后一可能性应该占据了原子来源的主要部分。 第三节 薄膜的非自发形核模型 二、薄膜的形核率 单位面积上临界原子团的出现仍由式6-7确定为 第三节 薄膜的非自发形核模型 二、薄膜的形核率 第三节 薄膜的非自发形核模型 二、薄膜的形核率 第三节 薄膜的非自发形核模型 三、衬底温度和沉积速率对形核过程的影响 沉积速率R与衬底温度T是影响薄膜沉积过程和薄膜组织的最重要的两个因素。 第三节 薄膜的非自发形核模型 三、衬底温度和沉积速率对形核过程的影响 2、温度对薄膜组织的影响 第三节 薄膜的非自发形核模型 三、衬底温度和沉积速率对形核过程的影响 第三