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第三章　薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 层岛模式 最开始的一两个原子层的层状生长之后，生长模式从层状模式 转化为岛状模式，这种转变机制比较复杂 层岛模式是上述两种模式的中间复合。在这种模式中，在形成一层或更多层以后，随后的层状生长变得不利，而岛开始形成。二维生长到三维生长的转变，人们还未认识清楚其缘由，但任何干扰层状生长结合能特性韵单调减小因素都可能是出现层岛生长模式的原因。例如，由于膜与基片的点阵失配，应变能在生长膜中累积起来，、当应变能被释放时，在沉积物与中间层形成界面处的高能可能激发岛的形成。 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 薄膜生长过程概述 在Ag原子到达衬底表面的最初阶段，Ag在衬底上先是形成了一些均匀、细小而且可以运动的原子团－“岛”。这些像液珠一样的小岛不断地接受新的沉积原子，并与其他的小岛合并而逐渐长大，而岛的数目则很快地达到饱和。在小岛合并过程进行的同时，空出来的衬底表面上又会形成新的小岛。这一小岛形成与合并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，最后只留下一些孤立的孔洞和沟道，后者不断被后沉积来的原子所填充。在空洞被填充的同时，形成了结构上连续的薄膜。小岛合并的过程一般要进行到薄膜厚度达到数十纳米的时候才结束。 薄膜的形成与生长 薄膜的形成与生长 补充 第四节　溅射薄膜的形成过程 补充 二、核形成与生长的物理过程 核的形成与生长有四步： (1) 从蒸发源蒸发出的气相原子入射到基体表面上，其中有一部分因能量较大而弹性反射回去，另一部分在吸附在基体表面上。在吸附的气相原子中有一小部分因能量稍大而再蒸发出去 (2) 吸附原子在基体表面上扩散迁移，互相碰撞结合成原子对或小原子团并凝结在基体表面上 (3) 这种原子团和其他吸附原子碰撞相结合，或者释放一个单原子。这个过程反复进行，一旦原子团中的原子数超过某一个临界值，原子团进一步与其他吸附原子碰撞结合，只向着长大方向发展形成稳定的原子团（稳定核） (4) 稳定核再捕获其他原子，或者与入射气相原子相结合使它进一步长大成为小岛 三、核形成理论 (1) 热力学界面能理论(毛细管现象理论) (2) 原子聚集理论(统计理论) （1）热力学界面能理论： 基本思想是将一般气体在固体表面上凝结成微液滴的核形成理论（类似于毛细管湿润）应用到薄膜形成过程中的核形成研究。 热力学界面能理论是建立在热力学上概念的，起源于Langmiur-Frenkel的凝结论，利用宏观物理量如蒸气压、界面能和润湿角等讨论核的形成问题 这个模型的优点是比较直观，一些物理量容易测量，理论计算和实验结果能直接比较。由于采用宏观物理量，所以对原子数量较多的粒子是适用的，而对原子团所含有的原子数量少的情况，一些宏观参量的含义是不明确的 热力学的基本概念 热力学理论认为，所有的相转变都使物质的体系自由能下 降。体系中体系自由能下降，新相和旧相间界面自由能上 升。体系的总自由能变化由两者之和决定 临界晶核尺寸 只有当核中的原子数超过临界原子数时才能形成稳定核 所以,当原子团半经小于r*时,原子团是不稳定的,可能长大,也可能缩小;当原子团半经大于r*时,原子团已转变为晶核,可以稳定地生长. （2）原子聚集理论 当临界核是由少数原子(如2~10几个原子)组成时，建立在热 力学基础之上的宏观核形成理论是不适用的 原子聚集理论研究核形成时，将核看作一个大分子聚集体， 用聚集体原子间的结合能或聚集体与基体表面间的结合能代 替热力学自由能 原子聚集理论的基本思路是考虑原子到达基片以后，在基片 上徙动；相互碰撞而结合为2原子、3原子┄n原子的原子 团，从给出各个原子数的原子团的方程组出发讨论核的形成 过程 两种理论所依据的基本概念是相同的（两者的基础都是经典热力学理论），不同之处两者使用的能量不同，所用的模型不同 热力学界面能理论适合于大尺寸临界核，原子聚集理论 比 较适宜于小尺寸临界核 热力学界面能理论(毛细管现象理论):原子团的表面自由能连续变化,所以原子团的尺度也是连续变化的,适用于大原子团成核. 原子聚集理论(统计理论):原子团的结合能以化学键为单位,所以是不连续的,因此原子团的尺度变化也是不连续的,适用于小原子团成核. 第三节　薄膜形成过程与生长模式 图 透射电子显微镜追踪记录Ag在NaC