薄膜的形成与生长VIP专享VIP免费

第三章薄膜的形成与生长薄膜的结构和性能的差异与薄膜形成过程的许多因素密切相关。本章主要以真空蒸发镀膜为例进行讨论薄膜的制备方法有许多种类，其形成机理各不相同，但在许多方面，还是具有共同特点。薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程•3.1凝结过程•3.2核形成与生长生长过程•3.3薄膜的形成过程与生长模式3.1凝结过程凝结过程是从蒸发源中被蒸发的气相原子、离子或分子入射到基体表面之后，从气相到吸附相，再到凝结相的一个相变过程.一、吸附过程二、表面扩散运动三、凝结过程一个气相原子入射到基体表面上，能否被吸附，是非常复杂的问题原子或分子间结合的化学键在固体的表面中断。原子或分子在固体表面形成的这种中断键称为不饱和键或悬挂键固体表面上的原子或分子受到的力是不平衡的，这使得固体表面具有表面自由能固体表面与体内在晶体结构上的主要差异是什么？一、吸附过程一个气相原子入射到基体表面上，能否被吸附，是非常复杂的问题原子或分子间结合的化学键在固体的表面中断。原子或分子在固体表面形成的这种中断键称为不饱和键或悬挂键.固体表面上的原子或分子受到的力是不平衡的，这使得固体表面具有表面自由能固体表面与体内在晶体结构上的主要差异是什么？真空蒸发镀膜中，入射到基体表面的气相原子将被悬挂键吸引住，发生吸附作用。根据吸附原子与表面相互作用力性质的不同，发生物理吸附或化学吸附思考：发生吸附后，表面自由能增大还是减小？薄膜的形成与生长思考：物理吸附与化学吸附有哪些区别？薄膜的形成与生长当入射到基体表面的气相原子动能较小时，处于物理吸附状态，其吸附能用Qp表示。当入射到基体表面的气相原子动能较大但小于或等于Ea时，可产生化学吸附。达到完全化学吸附，气相原子所具有的动能必须达到Ed的数量，Ed与Ea的差值Qc称为化学吸附热只有动能较大的气相原子才能和基体表面产生化学吸附；但是当这种气相原子具有的动能大于Ed时，它将不被基体表面吸附，通过再蒸发或解吸转变为气相。从蒸发源入射到基体表面的气相原子到达基片表面之后可能发生如下三种现象：(1)与基体表面原子进行能量交换被吸附薄膜的形成与生长(2)吸附后气相原子仍有较大的解吸能，在基体表面作短暂停留后再解吸蒸发(再蒸发或二次蒸发)(3)与基体表面不进行能量交换，入射到基体表面上立即反射回去。用真空蒸发法制备薄膜时，入射到基体表面上的气相原子中的绝大多数都与基体表面原子进行能量交换形成吸附吸附的气相原子在基体表面上的平均停留时间与吸附能之间的关系为)(exp0kTEda0：单层原子的振动周期，数值大约是10-14～10-12秒Ed：吸附能k：玻耳兹曼常数T：绝对温度薄膜的形成与生长吸附能越大在吸附原子在表面停留时间越长薄膜的形成与生长在表面扩散过程中，单个吸附原子间相互碰撞形成原子对之后才能产生凝结二、表面扩散运动表面扩散能ED比吸附能Ed小得多，大小是吸附能的1/6～1/2吸附原子的表面扩散运动是形成凝结的必要条件)/exp(0kTEDD薄膜的形成与生长：表面原子沿表面水平方向振动的周期，数值大约是10-13～10-12秒ED：表面扩散能k：玻耳兹曼常数T：绝对温度0平均表面扩散时间：吸附原子在一个吸附位置上的停留时间平均表面扩散距离：吸附原子在表面停留时间经过扩散运动所移动的距离21)(aDxD：是表面扩散系数：气相原子在基体表面上的平均停留时间a薄膜的形成与生长DaD/20表面扩散能ED越大，扩散越困难，平均扩散距离越短。吸附能Ed越大，吸附原子在表面上停留时间越长，则平均扩散距离也越长用a0表示相邻吸附位置的间隔]/)exp[(0kTEEaxDd薄膜的形成与生长从此公式能得出哪些结论？单位基体表面吸附的原子数)/exp(01kTEdJJna凝结过程是指吸附原子在基体表面上形成原子对及其以后过程三、凝结过程J：单位时间内沉积在单位基体表面上的原子数：气相原子在基体表面上的平均停留时间a薄膜的形成与生长吸附原子在基体表面停留时间内所迁移的次数为：吸附原子在表面上的扩散迁移频度为：)/exp('110kTEfDDD]/)exp[(kTEEfNDdaD薄膜的形...