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磁致溅射仪核生长型薄膜的形成

2021.9.01

  这种类型形成过程的特点是,到达基片上的原子首先凝聚成核,后续飞来的原子不断集聚在核的附近使核在三维方向不断成长,最终形成薄膜。大部分薄膜的形成过程都属于这种类型。核生长型的薄膜其生长过程可以分为如下四个阶段。

  (l)成核阶段碰撞到基片上的原子,其中一部分与基片原子交换的能量很少,仍具有相当大的能量,所以能返回气相。而另一部分则被吸附在基片的表面上,这种吸附主要是物理吸附,原子将在基片表面停留一定的时间。由于原子本身还具有一定的能量,同时还可以从基片得到热能,因此原子有可能在表面进行迁移或者扩散。在这一过程中,原子有可能再蒸发,也可能与基片发生化学作用而形成化学吸附,还可能遇到其它的蒸发原子而形成原子对或者原子团,发生后两种情况时,原子再蒸发与迁移的可能性极小,从而逐渐形成稳定的凝聚核。

  (2)小岛阶段当凝聚晶核达到一定的浓度以后。继续蒸发就不再形成新的晶核。新蒸发来的吸附原子通过表面迁移将集聚在己有的晶核上,使晶核生长并形成小岛,这些小岛通常是三维结构,并多数己具有该种物质的晶体结构,即己形成微晶粒。

  (3)网络阶段随着小岛的生长,相邻的小岛会互相接触并彼此结合,结合的过程有点类似两个小液滴结合成一个大液滴的情况。这是由于小岛在结合时会释放出一定的能量,这些能量足以使相互接触的微晶状小岛瞬时熔化,在结合以后,由于温度下降新生成的岛将重新结晶。电子衍射结果发现,在尺寸和结晶取向不同的两个岛相结合时,得到的微晶的结晶取向与原来较大的小岛的相同。随着小岛的不断结合,将形成一些具有沟道的网络状薄膜。

  (4)连续薄膜继续蒸发时,吸附原子将填充这些空沟道,此时也有可能在空沟道中生成新的小岛,由小岛的生长来填充空沟道,最后形成连续薄膜。

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