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薄膜的生長過程和薄膜結構-資料下載頁

2026-04-23 13:42本頁面

　　

【正文】非外延式生長薄膜的四種典型組織形態原子的沉積過程可細分為三個過程： ?氣相原子的沉積 ?表面的擴散 ?薄膜內的擴散薄膜結構的形成將與沉積時的襯底相對溫度 Ts/Tm以及沉積原子能量密切相關。 Ts — 襯底的溫度， Tm — 沉積物質的熔點薄膜生長過程和結構 48 沉積條件對于薄膜微觀組織的影響：（以濺射法為例） ★ 薄膜生長過程和結構 49 形態 1型的薄膜組織：在溫度很低、氣體壓力較高的情況下所形成的具有薄膜微觀組織。沉積組織呈現一種數十納米直徑的細纖維狀的組織形態，纖維內部缺陷密度很高或為非晶態結構；纖維間的結構疏松，存在許多納米尺寸孔洞。隨薄膜厚度的增加，細纖維狀組織發展為錐狀形態，其間夾雜尺寸更大的孔洞，而薄膜表面則呈現出與之相應的拱形形貌。薄膜生長過程和結構 50 形態 T型的薄膜組織：介于形態 1和形態 2之間的過渡型組織。濺射氣壓降低，入射粒子的能量提高，薄膜表面原子的擴散能力增強，雖然薄膜組織仍然保持了細纖維狀的特征，纖維內部缺陷密度較高，但纖維邊界處的組織出現了明顯的致密化傾向，纖維間的孔洞以及拱形的表面形貌特征消失。低溫抑制型生長：原子的擴散能力不足，薄膜由疏松的晶粒邊界包圍下的相互平行生長的較為致密的纖維狀組織所組成。薄膜生長過程和結構 51 形態 2型的薄膜組織： Ts/Tm=～、原子表面擴散進行得較為充分時形成的薄膜組織。形成的組織為各個晶粒分別外延而形成的均勻的柱狀晶組織，柱狀晶的直徑隨沉積溫度的增加而增加。晶粒內部缺陷密度較低，晶粒邊界的致密性較好，薄膜具有較高的強度。同時，各晶粒的表面開始呈現出晶體學平面所特有的形貌。薄膜生長過程和結構 52 形態 3型的薄膜組織：襯底溫度的繼續升高（ Ts/Tm ）使得原子的體擴散開始發揮重要作用。此時，在沉積進行的同時，薄膜內將發生再結晶的過程，晶粒開始長大，直至超過薄膜的厚度。薄膜的組織變為經過充分再結晶的粗大的等軸晶組織，晶粒內部缺陷密度很低。薄膜生長過程和結構 53 在形成形態 2和形態 3型組織的情況下，襯底的溫度已經較高，因而濺射氣壓或入射粒子能量對薄膜組織的影響變得比較小了。高溫熱激活型生長：沉積溫度較高，原子的擴散比較充分，擴散將消除孔洞的存在，使薄膜組織轉變為柱狀晶形態。薄膜生長過程和結構 54 蒸發法制備薄膜的微觀組織：與濺射沉積的薄膜的組織相似，也可劃分為上述四種不同的形態。但由于在蒸發法時，入射粒子的能量很低，一般認為其不易形成形態T型的薄膜組織。與濺射法相比，蒸發法獲得同樣形態組織的溫度區間要稍高一些。薄膜生長過程和結構 55 薄膜的組織結構（結晶狀態）： ?無定形結構（非晶態結構）（較高的沉積速率和較低的襯底溫度，薄膜的化學成分） ?多晶結構（島狀生長，可能存在介穩結構） ?纖維結構（晶粒具有擇優取向的薄膜，非晶態襯底上） ?單晶結構（外延生長：在完整的單晶襯底上延續生長單晶薄膜。條件：較高的襯底溫度和較低的沉積速率；薄膜與襯底的晶格匹配；襯底表面清潔、光滑、化學穩定性好。）薄膜生長過程和結構 56 薄膜生長過程和結構 57 (a) TEM、 (b) ED and (c) HRTEM images taken from a CuS crystal. 薄膜生長過程和結構 58 本章小結 1. 概念：形核率 2. 薄膜的生長過程及三種生長模式 3. 薄膜的自發形核和非自發形核理論（熱力學分析） 4. 核心的三種吞并機制 5. 薄膜的四種典型組織形態（特征、形成條件）

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