薄膜生长过程-在清洁的晶体衬底上薄膜生长的机制

蒸发、溅射和分子束外延等方法制备薄膜的过程多是成核、生长的过程。当衬底表面只吸附少量生长物原子时,这些原子是不稳定的,很容易挣脱衬底原子的吸引,离开衬底表面。只有沉积在基片上的原子在表面扩散过程中相遇并结合成原子团,然后这些原子团不断吸收新的原子加入而逐渐长人形成品核。由统计物理可以计算出临界晶核有时只需儿个原子即可组成。这些临界品核再吸收一个原子就可以稳定下来并不断长大。利用透射电镜已观察到尺寸小到1nm 的稳定品核。

稳定品核数目不断增多后,晶粒之间的原子只需扩散一个短距离就可合并到晶核上去而不易形成新的品核,此时稳定晶核(有些已长大)数达到极大伯。继续沉积使晶核不断长大成小岛,小岛相遇后发生合并,形成大岛;当沉积到一定的时间后,小岛已经人体相连只留下小量沟状的空白区。继续沉积的结果是原子会填补空白区使薄膜连成一片,形成完整的膜。在清洁的晶体衬底上薄膜生长的机制可分为三种:三维生长、二维生长和单层二维生长后三维生长,它们的示意图见图1。生长的模式依赖于许多因素,如衬底与生长原子相互作用,晶格匹配,温度、生长速度等工艺条件,等等。

薄膜生长过程-在清洁的晶体衬底上薄膜生长的机制

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金纳米颗粒-碳复合材料催化剂薄膜

yyp2021.3.31