Зародышевый механизм роста пленок - Механизмы образования и свойства поверхности, созданной при помощи электронно-лучевого испарения

последовательность стадий роста пленки

Рис. 2. Последовательность стадий роста пленки

Образование покрытия начинается с возникновения зародышей.

На первом этапе происходит столкновение атомов из газовой фазы с поверхностью подложки, после чего атомы могут остаться на подложке, либо упруго отразиться, либо реиспариться. К концу данного этапа достигается максимальная для данных условий осаждения концентрация зародышей, поскольку она протекает очень быстро, сами зародыши не успевают вырасти. Если размер зародыша достигает критической величины, то такой зародыш растет, присоединяя диффундирующие адсорбированные атомы. Зародыш, достигший величины, когда его можно уверенно наблюдать с помощью электронного микроскопа, называют островком. Т. к. размер зародыша намного меньше диффузионной зоны поверхности основы, то вероятностью роста зародышей за счет попадания осаждаемого материала, можно пренебречь.

Огромное влияние на рост, структуру и ориентацию зародышей оказывает поверхность подложки, ее неоднородность как физическая, так и химическая может изменить ход процесса зародышеобразования. Ускорить процесс образования зародышей могут различные дефекты поверхности, а окислы, загрязнения могут замедлить процесс в местах их нахождения.

На 2 этапе происходит не только рост зародышей, но и уменьшение их концентрации, т. к. они сливаются или объединяются между собой. Если слияние сопровождается изменением первоначальной формы и ориентации островков, то такое слияние называется коалесценцией. Коалесценция на втором этапе называется первичной. Отдельные зародыши могут перемещаться и объединяться при столкновении. Высокая температура и слабая связь с основой является одной из причин миграции зародышей. Также она может быть внешним воздействием на зародыши, например, электрическим полем. По мере увеличения размеров зародышей уменьшение концентрации зародышей замедляется.

Если же слияние происходит без изменений форм и ориентации, то процесс называется коагуляцией. Она имеет место при невысоких температурах и при затруднении деформации самих островков из-за наличия в них оксидов. пленка напыление свойство шероховатость

На 3 этапе происходит слияние островков с образованием более крупных структур. Если после их слияния освободилась большая площадь поверхности, то на свободном месте может начаться вторичное зародышеобразование. Как только поверхность заполнилась большим количеством островков происходит их слияние и образуется единая структура в виде сетки. Этот процесс называется вторичной коалесценцией. Он характеризуется большим массопереносом островков по поверхности. Как только завершается образование сплошной сетчатой структуры процесс вторичной коалесценции замедляется. В образовавшейся пленке содержится большое количество пустот и пор, которые называются каналами, они имеют извилистую форму и кристаллографическую огранку.

На 4 этапе происходит медленное заполнение каналов и пустот путем возникновения новых зародышей, которые разрастаются и сливаются. По мере зарастания каналов длина их уменьшается, а ширина изменяется мало. Этот процесс приводит к сглаживанию рельефа поверхности, покрытие становится гладким, ровным, повторяя макрорельеф напыляемой подложки.

На завершающем этапе 5 происходит рост толщины покрытия, который может сопровождаться структурными изменениями: рекристаллизацией, ростом зерен, снижением количества дефектов в кристаллической решетке покрытия и т. д.

Одним из главных параметров, позволяющих регулировать свойства и структуру пленки, является температура подложки, эта температура имеет несколько характерных значений:

    1. Tкр - критическая температура основы. Температура, выше которой не происходит конденсация, т. к. происходит отражение падающих электронов от поверхности. 2. и1 - Температура, выше которой конденсация пара происходит по механизму пар - жидкость - кристалл; 3. и2ТПл/3 - температура, ниже которой покрытие имеет аморфное строение.

Экспериментально установлено, что в зависимости от температуры основы конденсация может происходить по двум механизмам: пар - кристалл и через жидкую фазу пар - жидкость - кристалл. В первом случае только что возникшие островки имеют ограненную форму и кристаллическое строение, во втором - их форма близка к сферической форме жидкой капли, растекающейся по поверхности. Переход от одного механизма к другому осуществляется при температуре и1, которая при конденсации на нейтральной неориентированной поверхности, например, поверхности стекла, равна примерно 2/3 ТПл (ТПл - температура плавления напыляемого материала).

При более низкой температуре конфигурация островков и промежутков между ними определяется возможностью их формоизменения. При температуре:

И2ТПл/3

И ниже диффузионная подвижность атомов в зародыше и островке, а также и возможность формирования самих островков подавлены. В результате образуется структура со случайным расположением атомов в решетке. Такая структура образует покрытие по своему строению близкое к аморфному. В интервале температур и2 " Т2 < и1 конденсация осуществляется по механизму пар - кристалл. Островки растут в виде плоских образований и, если степень заполнения поверхности основы невелика, то они могут иметь кристаллическую огранку. Указанный процесс основан на способности атомов металлов и других неорганических материалов, нагретых до температуры испарения в вакууме, перемещаться прямолинейно в виде атомарных или молекулярных пучков и, конденсируясь на поверхности твердого материала, образовывать пленки.

Похожие статьи




Зародышевый механизм роста пленок - Механизмы образования и свойства поверхности, созданной при помощи электронно-лучевого испарения

Предыдущая | Следующая