第四章薄膜的形成及生长§4.1薄膜生长过程概述§4.2薄膜的成核理论§4.3连续薄膜的形成§4.4薄膜生长过程与薄膜结构§4.5非晶薄膜§4.1薄膜生长过程概述薄膜生长过程直接影响薄膜的结构以及它的最终性能。薄膜生长过程的两个阶段：新相的形核，薄膜生长阶段。形核阶段：在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子或分子开始凝聚到衬底的表面上。图4.1薄膜的结构和性能差异与薄膜形成的许多因素密切相关。因此，在讨论薄膜结构和性能之前，先研究薄膜的形成问题。薄膜的形成问题实质是气固转化，晶体形成的过程，大致分成下面几个阶段：❶分子或原子撞击到固体表面；❷它们被固体表面吸附或直接反射到空间；❸被吸附的离子在固体表面发生迁移或扩散并移动到固体表面上合适的格点并进入晶格。薄膜形成过程的三个阶段凝结过程（薄膜形成的第一个阶段）核形成与生长过程岛形成与结合生长小原子团形成是凝结的开始，小原子团生长形成晶核，晶核继续生长形成不连续的膜，薄膜厚度达到一定值时，就形成连续膜。★凝结过程凝结过程就是从蒸发源中蒸发出的气体原子，离子或分子入射到固体表面之后，从气相到吸附相，再到凝结相的一个相转化过程。.壹吸附过程1.吸附♠固体表面与体内晶体结构的重大差异在于原子或分子的化学键断裂。原子或分子在表面形成的这种键被称为不饱和键或悬挂键；♠这种键具有吸附外来原子或分子的能力；♠入射到基体的气相原子被这种悬挂键吸引的现象称为吸附。2.物理吸附和化学吸附♠吸附仅仅是由原子电偶极炬之间的范德华力起作用称为物理吸附；♠是由化学键结合力起作用则称为化学吸附。物理吸附的特点：█物理吸附时，因范德华力的作用范围较大，故基片表面原子与吸附原子之间的距离较远。若所吸附的双原子分子，这个间距可能大到0.4nm.█化学吸附时，由于化学健力的作用距离较小，所以化学吸附的原子与基片表面间的距离仅为0.1nm-0.3nm.█由于原子间的范德华力是普遍存在的，所以各种固体和液体材料的表面都发生物理吸附；█因为物理吸附能较小，对于物理吸附来说，一般是在低温下发生吸附，高温下发生解吸附；█范德华力的作用范围大于化学健力的范围，因而一般是先发生物理吸附，而后才转为化学吸附。对于一个吸附层来说，若第一个氮原子（或单分子）层或前几个单原子层是化学吸附，以后的单原子层则转为物理吸附；█由于物理吸附不需要活化能，所以吸附过程很快，并且吸附速率随基片温度及被吸附气体的压力变化很快。3.吸附能和解吸能⦿固体表面的特殊状态使它具有一种过量的能量称为表面自由能。吸附使表面能减小；⦿基片表面是固体和气体的分界面，界面两边原子的密度和性质不同，在基片表面有表面位能。这是处在基片表面上的一个原子与其内部同样一个原子的能量之差；⦿基片表面上原子受两个力的作用：一是气体原子的作用力，另一个是基片原子的作用力。基片原子密度大于气体，所以后一个力远大于前者。表面原子有向内移动的倾向，试图降低其位能。⦿伴随吸附现象而释放的能量称为吸附能。将吸附在固体表面上的气体原子除掉称为解吸（脱附）；除掉被吸附气相原子的能量称为解吸能。4.具有一定能量的气相原子，到达基片表面之后可能发生三种现象：吸附、解吸、反射(1)与基体表面原子进行能量交换被吸附；(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；(3)与基体表面不进行能量交换，入射到基体表面上立即发射回去。三种情况讨论：≬如果入射的蒸气分子动能不是很大，碰撞到基体表面后，在短暂的时间内即失去法线方向；≬如果当原子通过范氏力吸附在基体表面，但可能达不到平衡，即还保留有平行于基体表面的动能且同时又有来自基体的热激发时，则吸附原子将在基体表面移动；当吸附原子在基体表面移动时，从一个势荆跃迁到另一个势荆的过程中，吸附原子可能与其吸附原子相互作用，形成稳定的原子团或转变成吸附。但当吸附原子不能形成居留寿命增加的稳定原子团时，将再次蒸发即发生解吸。≬如果入射原子到达基体表面后在法线方向上仍然保留有相当大的动能，在基体表面仅作短暂停留（约10-2秒），没有能量交换，将立即发...
