薄膜的生长过程PPT课件
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薄膜的生长过程和薄膜结构
薄膜生长过程概述
(2)表面扩散迁移 吸附气相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)原子凝结形成临界核 这种原子团和其他吸附原子碰撞结合 ，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。含有临界值原子数的 原子团称为临界核，稳定的原子团称为稳定核。 (4)稳定核捕获其他原子生长 稳定核再捕获其他吸附原子，或者 与入射气相原子相结合使它进一步长大成为小岛。
（5－16）
式中，第一项正是自发形核过程的临界自由能变化（式5－5），
而后一项则为非自发形核相对于自发形核过程能量势垒降低的因
子。接触角θ越小，即衬底与薄膜的浸润性越好，则非自发形核
的能垒降低得越多，非自发形核的倾向也越大。在层状模式时，
形核势垒高度等于零。
薄膜的非自发形核理论
2、薄膜的形核率
形核率是在单位面积上，单位时间内形成的临界核心数目。为
10可求出形核自由能取得极值的条件为：
r* 2(a3 vf a2 fs a2 sv )
3a1GV
（5－14）
应用式5－11后，上式仍等于式5－4，即
r* 2 vf
GV
因而，虽然非自发形核过程的核心形状与自发形核时有所不同，
但二者所对应的临界核心半径相同。
将上式代入5－10得到相应过程的临界自由能变化为：
根据图5.5中表面能之间的平衡条件，核心形状的稳定性要求各
界面能之间满足关系式
sv fs vf cos
（5－11）
即θ取决于各界面之间的数量关系。薄膜与衬底的浸润性越差，
薄膜的形成过程及生长方式PPT课件
• 形核是薄膜的诞生阶段，从本质上讲
是一个气－固相变的过程。
.
3
• 薄膜通常通过材料的气态原子凝聚而 形成。在薄膜形成的最早阶段，原子凝 聚是以三维方式开始的，然后通过扩散 过程核长大形成连续膜。
• 薄膜新奇的结构特点和性质大部分归
因于生长过程，所以薄膜生长是最为基 本的。
.
4
• 5.12薄膜的生长模式
• 由于原子的平均扩散距离随着温度的上
升呈指数形式增加，因此，组织形态的
转变发生在0.3Tm附近很小的温度区域。
.
17
•图5.17是 二维模拟得 出的30°角 倾斜入射沉 积时，薄膜 组织随沉积 温度的变化 情况。
• 由图可以看出，随着衬底温度的Βιβλιοθήκη 升，薄膜中的孔洞迅速减少。 .
18
图5.18显示了衬底温度对薄膜表面形貌的 影响
.
12
.
13
• 纤维状组织的一个特点是：纤维的生长 方向与粒子的入射方向近似地满足正切 夹角关系。
•
tanα ＝2tanβ
• α ，β分别为粒子入射方向和纤维生长方 向与衬底法向间的夹角。
• 实验证明，纤维状生长与薄膜沉积时原 子入射的方向性有关。
.
14
• 由图中 可以看 出，随 着温度 的提高， 薄膜密 度上升。
薄膜的形成过程及生长方式
• 主讲人：张宝贤 • 学号：12191082 • 班级：12级3班
.
1
目录
• 5.1 薄膜生长过程概述 • 5.2 形核阶段 • 5.3 薄膜生长过程与薄膜结构
习题
.
2
5.1、薄膜生长过程概述
• 薄膜的生长可划分为两个不同阶段：
•
(推荐)《薄膜物理》PPT课件
氙 (Xe) 二氧化碳 (CO2)
铁 (Fe) 甲烷 (CH4)
氯 (Cl2) 一氧化碳 (CO)
-12.4 -118.0 -62.5 14.7 31.0 3700.0 -82.5
144 -140.2
可以看出，氮、氢、氩、氧和空气等物质的临界温度远低于室
温，所以常温下它们是气体；水蒸气、有机物质和气态金属的
平均自由程与分子密度n和分子直径σ的平方成反比关系
kT 22P
平均自由程与压强成反比，与温度成正比
37
稀薄气体的基本性质
若气体种类和温度一定的情况下
P常数
在25℃的空气情况下
P 0 .66 cm 7 Pa
或 0.667cm
P
38
稀薄气体的基本性质
三、碰撞次数与余弦定律
入射频率：单位时间内，在单位面积的器壁上发生碰撞的分子
RNAk (NA：阿伏伽德罗常数) n= 7.2×1022 P/T (个／m3)
在标准状态下，任何气体分子密度为３×1019 个／cm3 当 P = 1.3 ×10-11 Pa 的真空度时 T = 293 K 则 n = 4 ×103个／cm3
目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强 下，每立方厘米的体积中仍然有几百个气体分子
18
真空的基本知识
PnkT PVM m RT
P： 压强（Pa） n： 气体分子密度（个/m3） V：体积（m3） m：气体质量（kg） M：气体分子量（kg/mol） T： 绝对温度（K） k： 玻尔兹曼常数（1.3810-23J/K） R：气体普适常数（8.314J/K·mol）
19
真空的基本知识
21
真空的基本知识
压强的表示方法： 国际单位：帕斯卡 (Pascal) 其它单位：托 (Torr) 毫米汞柱(mmHg) 毫巴(bar)
铁 (Fe) 甲烷 (CH4)
氯 (Cl2) 一氧化碳 (CO)
-12.4 -118.0 -62.5 14.7 31.0 3700.0 -82.5
144 -140.2
可以看出，氮、氢、氩、氧和空气等物质的临界温度远低于室
温，所以常温下它们是气体；水蒸气、有机物质和气态金属的
平均自由程与分子密度n和分子直径σ的平方成反比关系
kT 22P
平均自由程与压强成反比，与温度成正比
37
稀薄气体的基本性质
若气体种类和温度一定的情况下
P常数
在25℃的空气情况下
P 0 .66 cm 7 Pa
或 0.667cm
P
38
稀薄气体的基本性质
三、碰撞次数与余弦定律
入射频率：单位时间内，在单位面积的器壁上发生碰撞的分子
RNAk (NA：阿伏伽德罗常数) n= 7.2×1022 P/T (个／m3)
在标准状态下，任何气体分子密度为３×1019 个／cm3 当 P = 1.3 ×10-11 Pa 的真空度时 T = 293 K 则 n = 4 ×103个／cm3
目前，即使采用最先进的真空制备手段所能达到的最低压强 下，每立方厘米的体积中仍然有几百个气体分子
18
真空的基本知识
PnkT PVM m RT
P： 压强（Pa） n： 气体分子密度（个/m3） V：体积（m3） m：气体质量（kg） M：气体分子量（kg/mol） T： 绝对温度（K） k： 玻尔兹曼常数（1.3810-23J/K） R：气体普适常数（8.314J/K·mol）
19
真空的基本知识
21
真空的基本知识
压强的表示方法： 国际单位：帕斯卡 (Pascal) 其它单位：托 (Torr) 毫米汞柱(mmHg) 毫巴(bar)
薄膜生长过程
Eε ≥ Ed
2G f [(1 +ν ) /(1 ν )]d c f 2 = [G f Gs /(G f + Gs )][b 2 / π (1 +ν )][ln(d c / b) + 1] / S
4，位错与薄膜生长间的关系： ，位错与薄膜生长间的关系：
a，Frank-Read位错与薄膜生长间的关系——低饱和蒸气压下薄膜生长
}
为薄膜的两种基本生长模式。
3，薄膜中的晶体缺陷： ，薄膜中的晶体缺陷：
其中（c）服从所谓的 Vegards law：
a(Ax B = (1 x)a A + xa B )
(b)称为肖特基缺陷； (a)称为弗兰克尔缺陷。
3，薄膜中的晶体缺陷： ，薄膜中的晶体缺陷：
→
螺位错
刃位错
层错与分位错有关，小角（大角）晶界与刃位错有关。
薄 膜 生 长 过 程
1，真空度对薄膜生长的影响： ，真空度对薄膜生长的影响：
J=nv
Pim JX = 2πm k BT
（JX为沿X方向的入射粒子流通量。）
2，表面能（表面张力ε与表面能 的关系）： ，表面能（表面张力 与表面能 的关系）： 与表面能γ的关系
产生新的表面，需要破坏一定数量的化学键。因此是吸热过 程，体系能量上升。所以表面能符号应为“+”！
衬底温度 * ：1，薄膜 衬底 2，
11，薄膜生长：衬底对薄膜生长的影响 ，薄膜生长：
薄膜 B A B A B A B A 衬底
A B A B A B A B
B A B A B A B A
B A B A B A B A
B A B A B A B A Nhomakorabea举例：衬底缺陷（层错（等等））必然对薄膜生长有影响。
第二章薄膜的制备ppt课件
在信息显示技术中的应用
在信息存贮技术中的应用
• 第二是在集成电路等电子工业中的应用， 其中，从外延薄膜的生长这一结晶学角 度看也具有显著的成果。
在计算机技术中的应用
在计算机技术中的应用
• 第三是对材料科学的贡献。薄漠制 备是在非平衡状态下进行，和通常的热 力学平衡条件制备材料相比具有：所得 材料的非平衡特征非常明显;可以制取普 通相图中不存在的物质;在低温下可以制 取热力学平衡状态下必须高温才能生成 的物质等优点。
薄膜的主要特性
• 材料薄膜化后，呈现出的一部分主要特性：
•
几何形状效应
• 块状合成材料一般使用粉末的最小尺寸为 纳米至微米，而薄膜是由尺寸为1埃左右的原子
或分子逐渐生长形成的。采用薄膜工艺可以研
制出块材工艺不能获得的物质(如超晶格材料)，
在开发新材料方面，薄膜工艺已成为重要的手
段之一。
非热力学平衡过程
无机薄膜制备工艺
• 单晶薄膜、多晶薄膜和非晶态薄膜在现代微 电子工艺、半导体光电技术、太阳能电池、光纤 通讯、超导技术和保护涂层等方面发挥越来越大 的作用。特别是在电子工业领域里占有极其重要 的地位，例如半导体集成电路、电阻器、电容器、 激光器、磁带、磁头都应用薄膜。
• 薄膜制备工艺包括：薄膜制备方法的选择； 基体材料的选择及表面处理；薄膜制备条件的选 择；结构、性能与工艺参数的关系等。
(2)双蒸发源蒸镀——三温度法
三温度-分子束外延法主要是用 于制备单晶半导体化合物薄膜。从 原理上讲，就是双蒸发源蒸镀法。 但也有区别，在制备薄膜时，必须 同时控制基片和两个蒸发源的温度， 所以也称三温度法。
三温度法 是制备化合物 半导体的一种 基本方法，它 实际上是在V族 元素气氛中蒸 镀Ⅲ族元素， 从这个意义上 讲非常类似于 反应蒸镀。图 示就是典型的 三温度法制备 GaAs单晶薄膜 原理。
《材料物理薄膜物理》课件
《材料物理薄膜物理》 ppt课件
CONTENTS 目录
• 材料物理与薄膜物理概述 • 材料的基本性质 • 薄膜的制备与生长机制 • 薄膜的物理性能与应用 • 材料与薄膜物理与薄膜物理概述
材料物理的定义与重要性
定义
材料物理是一门研究材料结构、性能和应用的科学，主要关注材料的基本组成 、微观结构和宏观性质之间的关系。
CHAPTER 03
薄膜的制备与生长机制
薄膜的制备方法
01
02
03
物理气相沉积法
利用物理过程将材料蒸发 或溅射到基底上形成薄膜 ，包括真空蒸发、溅射和 离子束沉积等。
化学气相沉积法
通过化学反应将气体转化 为固态薄膜，包括热化学 气相沉积和等离子体增强 化学气相沉积等。
液相外延法
在单晶基底上通过控制温 度和成分，使溶质从溶液 中析出，形成单晶薄膜。
介电性能
薄膜的介电常数和介质损耗是其电学 性能的重要参数，影响其在电子和微 波器件中的应用。
薄膜的磁学性能
磁导率与磁损耗
磁性薄膜的磁导率和磁损耗特性决定了其在磁记录、磁传感 器等领域的应用。
磁各向异性
不同方向的磁化行为，影响磁性薄膜的磁学性能和应用。
薄膜的应用领域
光学仪器制造
高反射、高透过的光学薄膜广 泛应用于各种光学仪器制造。
材料在循环应力作用下抵抗断裂的能力， 与其使用寿命密切相关。
材料的热学性质
热容与热导率
描述材料在温度变化时吸收或释放热量的能 力，以及热量在材料内部的传导速度。
热稳定性
材料在温度变化时保持其物理和化学性质稳 定的能力。
热膨胀
材料在温度升高时体积增大的现象。
热辐射
材料发射或吸收电磁辐射的能力，与温度和 波长有关。
CONTENTS 目录
• 材料物理与薄膜物理概述 • 材料的基本性质 • 薄膜的制备与生长机制 • 薄膜的物理性能与应用 • 材料与薄膜物理与薄膜物理概述
材料物理的定义与重要性
定义
材料物理是一门研究材料结构、性能和应用的科学，主要关注材料的基本组成 、微观结构和宏观性质之间的关系。
CHAPTER 03
薄膜的制备与生长机制
薄膜的制备方法
01
02
03
物理气相沉积法
利用物理过程将材料蒸发 或溅射到基底上形成薄膜 ，包括真空蒸发、溅射和 离子束沉积等。
化学气相沉积法
通过化学反应将气体转化 为固态薄膜，包括热化学 气相沉积和等离子体增强 化学气相沉积等。
液相外延法
在单晶基底上通过控制温 度和成分，使溶质从溶液 中析出，形成单晶薄膜。
介电性能
薄膜的介电常数和介质损耗是其电学 性能的重要参数，影响其在电子和微 波器件中的应用。
薄膜的磁学性能
磁导率与磁损耗
磁性薄膜的磁导率和磁损耗特性决定了其在磁记录、磁传感 器等领域的应用。
磁各向异性
不同方向的磁化行为，影响磁性薄膜的磁学性能和应用。
薄膜的应用领域
光学仪器制造
高反射、高透过的光学薄膜广 泛应用于各种光学仪器制造。
材料在循环应力作用下抵抗断裂的能力， 与其使用寿命密切相关。
材料的热学性质
热容与热导率
描述材料在温度变化时吸收或释放热量的能 力，以及热量在材料内部的传导速度。
热稳定性
材料在温度变化时保持其物理和化学性质稳 定的能力。
热膨胀
材料在温度升高时体积增大的现象。
热辐射
材料发射或吸收电磁辐射的能力，与温度和 波长有关。
薄膜形成过程和生长模式
薄膜的形成——薄膜形成过程和生长模式
0 cos 1 2 0
岛的形成又可以用另一热力 学变量描述：吸附能 界面结合能（粘附功）是指 原子团（核）吸附前后体系总的 自由能变化，即 Ecom
Ecom 2 0 1 0 ( 2 1 ) 0 0 cos 0 (1 cos )
薄膜的形成——溅射薄膜的形成过程
★ 溅射薄膜的形成过程
关于溅射薄膜形成过程的特点和溅射薄膜形成与生
长问题，在第三章已讨论。 真空蒸发薄膜和溅射薄膜形成物理过程的不同点：
沉积粒子产生过程 沉积粒子迁移过程
成膜过程
薄膜的形成——薄膜的外延生长
★ 薄膜的外延生长
外延的概念 同质外延 异质外延 失配度
薄膜的形成——薄膜形成过程和生长模式
沟道阶段 孤立的岛有变圆的趋势。当岛结合以后，在岛的生
长过程中变圆趋势减小，岛被拉长，连接网状结构，其 中分布着宽度为5-20nm的沟道。 随着沉积，在沟道中会发生二次或三次成核。
连续薄膜阶段
当沟道和孔洞消除后，入射到基片表面上的原子直 接吸附在薄膜上，形成连续薄膜。
薄膜的形成——薄膜形成过程和生长模式
薄膜形成可划分为四个阶段：成核、结合、沟道、连续 岛状阶段 岛的演变特点 可观察到的最小核尺寸：2-3nm； 核进一步长大变成小岛，横向生长速度大于纵向 生长速度； 形状：球帽形——原形以用热力学变量描述：表面自由能
薄膜的形成——薄膜形成过程和生长模式
★ 薄膜形成过程和生长模式
薄膜形成过程是 指形成稳定核之后的
过程。
薄膜生长模式是 指薄膜形成的宏观形 式。
薄膜的形成——薄膜形成过程和生长模式
7薄膜的沉积技术汇总PPT课件
应用：沉积超导体、石墨和电子光学材料。
7.7 高密度等离子辅助沉积（HDPAD）：适用于大长宽比的沟槽 和通孔。
工艺特点：在同一个反应腔中同步的进行淀积和刻蚀的工艺。
应用：金属前绝缘层，金属间绝缘层，浅槽隔离。
2020年9月28日
16
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.8金属有机化合物化学气相沉
（MOCVD） 是在气相外延生长(VPE)的基础
灯丝材料的选择：用铱代替首选的钨
缺点：蒸发在低真空条件下，造成蒸发期间蒸发粉 的气体成分太高。
2020年9月28日
12
7.3 PVD--溅射
适应于沉积所有材料：金属、合金、半导体 和绝缘材料。
定义：具有一定能量的入射离子对固体表面 轰击时，入射离子在与固体表面原子的碰撞 过程中发生能量和动量的转移，并可能将固 体表面的原子溅射出来。
状模式。 根本的原因：归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。
2020年9月28日
9
三种不同薄膜生长模式的示意图：
2020年9月28日
10
三、导致生长模式转变的三种物理机制
1、虽然开始时的生长是外延式的层状生长，但是由于薄膜与衬底之间晶格常 数不匹配，因而随着沉积原子层的增加，应变能（应力）逐渐增加。为了 松弛这部分能量，薄膜在生长到一定厚度之后，生长模式转化为岛状模式。
① 反应物分子通过输运和扩散到衬底表面。
② 反应物分子吸附在衬底表面。
③ 吸附分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反 应，形成晶核
④ 晶核生长-----晶粒聚结----缝道填补-----沉积膜成
长。 2020年9月28日
14
7.5 离子束沉积
离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所 产生的三个效应，即撞击效应，溅射效应和注入效 应。
7.7 高密度等离子辅助沉积（HDPAD）：适用于大长宽比的沟槽 和通孔。
工艺特点：在同一个反应腔中同步的进行淀积和刻蚀的工艺。
应用：金属前绝缘层，金属间绝缘层，浅槽隔离。
2020年9月28日
16
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
7.8金属有机化合物化学气相沉
（MOCVD） 是在气相外延生长(VPE)的基础
灯丝材料的选择：用铱代替首选的钨
缺点：蒸发在低真空条件下，造成蒸发期间蒸发粉 的气体成分太高。
2020年9月28日
12
7.3 PVD--溅射
适应于沉积所有材料：金属、合金、半导体 和绝缘材料。
定义：具有一定能量的入射离子对固体表面 轰击时，入射离子在与固体表面原子的碰撞 过程中发生能量和动量的转移，并可能将固 体表面的原子溅射出来。
状模式。 根本的原因：归结为薄膜生长过程中各种能量的相互消长。
2020年9月28日
9
三种不同薄膜生长模式的示意图：
2020年9月28日
10
三、导致生长模式转变的三种物理机制
1、虽然开始时的生长是外延式的层状生长，但是由于薄膜与衬底之间晶格常 数不匹配，因而随着沉积原子层的增加，应变能（应力）逐渐增加。为了 松弛这部分能量，薄膜在生长到一定厚度之后，生长模式转化为岛状模式。
① 反应物分子通过输运和扩散到衬底表面。
② 反应物分子吸附在衬底表面。
③ 吸附分子间或吸附分子与气体分子间发生化学反 应，形成晶核
④ 晶核生长-----晶粒聚结----缝道填补-----沉积膜成
长。 2020年9月28日
14
7.5 离子束沉积
离子束加工的物理基础是离子束射到材料表面时所 产生的三个效应，即撞击效应，溅射效应和注入效 应。
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2、在Si的（111）晶面上外延生长GaAs,由于第一层拥有五个价
电子的As原子不仅将使Si晶体表面的全部原子键得到饱和，而
且As原子自身也不再倾向于与其他原子发生键合。这有效地
降低了晶体的表面能，使得其后的沉积过程转变为三维的岛状
生长。
.
13
6.1薄膜生长过程概述
三、导致生长模式转变的三种物理机制
第六章 薄膜的生长过程
.
1
6.1薄膜生长过程概述
图6.1表示薄膜沉积中原子的运动. 状态及薄膜的生长过程
2
6.1薄膜生长过程概述
射向基板及薄膜表面的原子、分子与表面相碰撞，其中一部分 被反射，另一部分在表面上停留。
停留于表面的原子、分子，在自身所带能量及基板温度所对应 的能量作用下，发生表面扩散(surface diffusion)及表面迁移 (surface migration)，一部分再蒸发，脱离表面，一部分落入 势能谷底，被表面吸附，即发生凝结过程。
也就是说，薄膜沉积伴随着从气相到固相的急冷过程，从结构 上看，薄膜中必然会保留大量的缺陷。
此外，薄膜的形态也不是块体的，其厚度与表面尺寸相比相差 甚远，可近似为二维结构。
.
4
6.1薄膜生长过程概述
一、薄膜的生长过程：新相的成核与薄膜的生长两个阶段
1、成核阶段
在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子或分子开始凝聚 到衬底上，从而开始了所谓的形核阶段。由于热涨落的作用， 原子到达衬底表面的最初阶段，在衬底上成了均匀细小、而且 可以运动的原子团（岛或核）。
6.2新相的自发成核理论
在薄膜沉积过程的最初阶段，都需要有新相的核心形成， 新相的成核过程可以被分为两种类型： 1. 自发成核：所谓自发成核指的是整个形核过程完全是在相 变自由能的推动下进行的； 2. 非自发成核：非自发形核指的是除了有相变自由能作推动 力之外，还有其他的因素起到了帮助新相核心生成的作用。
.
10
6.1薄膜生长过程概述
二、薄膜生长的三种模式-岛状、层状和层状-岛状生长模式
3、层状-岛状(Stranski-Krastanov)生长模式： 在层状-岛状中间生长模式中，在最开始一两个原子层厚度的
层状生长之后，生长模式转化为岛状模式。导致这种模式转变 的物理机制比较复杂，但根本的原因应该可以归结为薄膜生长 过程中各种能量的相互消长。
.
9
6.1薄膜生长过程概述
二、薄膜生长的三种模式-岛状、层状和层状-岛状生长模式
2、层状生长（Frank-van der Merwe)模式： 当被沉积物质与衬底之间浸润性很好时，被沉积物质的原子更
倾向于与衬底原子键合。因此，薄膜从形核阶段开始即采取二 维扩展模式，沿衬底表面铺开。在随后的过程中薄膜生长将一 直保持这种层状生长模式。
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
.
11
6.1薄膜生长过程概述
三种不同薄膜生长模式的示意图：
.
12
6.1薄膜生长过程概述
三、导致生长模式转变的三种物理机制
1、虽然开始时的生长是外延式的层状生长，但是由于薄膜与衬 底之间晶格常数不匹配，因而随着沉积原子层的增加，应变能 （应力）逐渐增加。为了松弛这部分能量，薄膜在生长到一定 厚度之后，生长模式转化为岛状模式。
.
6
6.1薄膜生长过程概述
图5.1 透射电子显微镜追踪记录Ag在NaCl晶体表面成核过程的系列照片和电子衍射图
.
7
6.1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
凝结伴随着晶核形成与生长过程，岛形成、合并与生长过程，
最后形成连续的膜层。
.
3
6.1薄膜生长过程概述
在真空中制造薄膜时，真空蒸镀需要进行数百摄氏度以上的加 热蒸发。
在溅射镀膜时，从靶表面飞出的原子或分子所带的能量，与蒸 发原子的相比，还要更高些。这些气化的原子或分子，一旦到 达基板表面，在极短的时间内就会凝结为固体。
3、在层状外延生长表面是表面能比较高的晶面时，为了降低 表面能，薄膜力图将暴露的晶面改变为低能面，因此薄膜 在生长到一定厚度之后，生长模式会由层状模式向岛状模 式转变。
注：在上述三种模式转换机理中，开始的时候层状生长的 自由能较低； 但其后，岛状生长的自由能变低了，岛状生 长反而变得更有利了。
.
14
当这些岛或核小于临界成核尺寸时，可能ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ消失也可能长 大；而当它大于临界成核尺寸时，就可能接受新的原子而逐渐 长大。
.
5
6.1薄膜生长过程概述
一、薄膜的生长过程：新相的成核与薄膜的生长两个阶段
薄膜的生长过程-成核阶段和生长阶段
2、薄膜生长阶段
一旦大于临界核心尺寸的小岛形成，它接受新的原子而逐 渐长大，而岛的数目则很快达到饱和。小岛像液珠一样互相合 并而扩大，而空出的衬底表面上又形成了新的岛。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，一些孤 立的孔洞也逐渐被后沉积的原子所填充，最后形成薄膜。
.
15
6.2新相的自发成核理论
➢ 自发成核简单例子-从过饱和气相中形成球形核的过程
➢ 薄膜与衬底之间浸润性较差的情况下，薄膜的形核过程可
以近似地被认为是一个自发形核的过程。看图5.3，设新相
核心的半径为r，因而形成一个新相核心时，体自由能将 变化 4 r 3 ΔGv，
3
➢ 其中ΔGv =(kT/W)ln(Pv/P）是单位体积的固相在凝结过程
候才结束。
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6.1薄膜生长过程概述
二、薄膜生长的三种模式-岛状、层状和层状-岛状生长模式
1、岛状生长(Volmer-Weber)模式 ： 被沉积物质的原子或分子更倾向于自己相互键合起来，而避免
与衬底原子键合，即被沉积物质与衬底之间的浸润性较差；金 属在非金属衬底上生长大都采取这种模式。对很多薄膜与衬底 的组合来说，只要沉积温度足够高，沉积的原子具有一定的扩 散能力，薄膜的生长就表现为岛状生长模式。