薄膜生長的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ).

1、早礎(chǔ)篇Ilf薄膜生長的動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)Fundamentals of KineticsQing-YuZhanaState Key Lat)oraiory of Materials Modification by Laser, Ion and Electron BeamsDakan University of Technology. Dah*n 116024, ChinaWeb site:/ Web 刃他刃2021ia.70.l30; Email to: gyztianociltft>eduxn氣體的動(dòng)力學(xué)理論:氣體分孑的運(yùn)動(dòng) ax well速度分布；理想氣休的配分礴數(shù),Z速度分布函熱/億譏宀）

2、N"Ne捋z Ht廠勺12皿7丿v d tchdv >2 sin 如甜儼址町幾速頂和平均速必氣體的動(dòng)力學(xué)理論:氣體分了的運(yùn)動(dòng)F朮通彊打爪敢.P » J Jv, nf»,»,. i »</. ji'氣體Jk強(qiáng)：尸=j j(2»irJv,H/(v,.p,r.= "": - nkTP氣體壓強(qiáng)與氣流通戟的關(guān)甌=5 0 = 1513 . IO:;-SL I4.672x10"-匹 kmy.WT氣體的動(dòng)力學(xué)理論:氣體分了的輸運(yùn)氣體分子之間的碰撞;相對(duì)速度？ 沁±沁叫+叫單位體積內(nèi)的原n在單

3、位時(shí)間內(nèi)碰撞頻冷:氣體的動(dòng)力學(xué)理論*氣體分（的輸運(yùn)q流漁過的骨能KwJD ”Xn>ll>/Cn>O.OIKikO.OI平均白曲程：_ r粒f運(yùn)動(dòng)的平購孫觥曰仟' m-TJHlhlV； ；v 1X - IT » -7=/ JL曲-竽均自由程埒氣體的密度材關(guān).U監(jiān)顱無關(guān)!氣淪的。夬: Knudsen ft：-分m：-中介滾:-粘沛波：氣體的動(dòng)力學(xué)理論:氣體分了的輸運(yùn)氣體分子的擴(kuò)散：芟克定畑若空IB中的氣體幣度存在著不均勻性則氣體 流動(dòng)的氣流*j4 （體密度梯度仃關(guān):。二乙空巨33n/-擴(kuò)IR方程;:氣體分孑的輸運(yùn)氣體分了的枯滯系數(shù)：當(dāng) 邯分流體也對(duì)刃-部分砸休運(yùn)

4、動(dòng)時(shí).扳休之問的相互 摩擦的現(xiàn)録稱為流體的粘滯理匕弋W 丫枯汴存 ntnw mv 如燈/n 二=t 二；-3 _ 皿 曾 軌導(dǎo)率 u wwcv vA nkvA kv kkT/mK = L一" ;322 遠(yuǎn)mi，加 .氣體分孑輸運(yùn)的一般方粘 人一加普-畔學(xué) 撲和林,r數(shù)）；心（*）=譏）/弘；粘滯（動(dòng)最）：1訥譏“；氣體的動(dòng)力學(xué)理論熱傳導(dǎo)（能加門A=wiQ妝）/2=3切2呢:氣體分子的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)'化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)活化能；氣體分fZfiM的化學(xué)反應(yīng)是通過分fZfftJ的碣撞丸成的. 誼并不足毎次碰捶都能發(fā)T化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)過程；A+BtC+D反阻物ANIBWE撞陽斤先生成沾性f

5、t介物（AB）. （AB）分解成 生成物C和D或A和B反應(yīng)活化能：山反應(yīng)物人和B形嚴(yán)生成活性化合物（AB）所 需要的能欣：-反應(yīng)帖化制曲應(yīng)物A和B Z何的相對(duì)速冷-反應(yīng)活化能與反內(nèi)物AH1B所處的H幻能h；狀態(tài)育關(guān)：氣體的動(dòng)力學(xué)理論:氣體分孑的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一化學(xué)反應(yīng)速率方那:單位體枳內(nèi)的分r數(shù)字化電反應(yīng)軸字"（ = k w話sJ /單位體積內(nèi)切斥爾數(shù)變化率 分=w、心）»%.凡=-札的兒 （II心彌為氏屁游常散 9反應(yīng)活化tlh分了的甌城及分了構(gòu) 空仃關(guān)；化學(xué)反應(yīng)分類：-級(jí)化常反應(yīng)=反應(yīng)遽喪U "廠 巴 反應(yīng)物濃儀的次力成任比：K帀-級(jí)化學(xué)反應(yīng)：反應(yīng)速麼打 b

6、F厶幾反應(yīng)物濃反的乘枳成1E比，R二*叭叫二女市7氣體的動(dòng)力學(xué)理論矗氣體分（的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)丿J學(xué)化學(xué)反應(yīng)與反應(yīng)率： 化學(xué)廉應(yīng)方程,AtBY n反應(yīng)連率力程：fd'N”N.、N、字nn N嚴(yán)占紗-蚪 “a 上嚴(yán)為"， dt衣占&R#kNji二級(jí)氏應(yīng)，2A陽十Cl氣體的動(dòng)力學(xué)理論-仏$必.他*血仏/如 一級(jí)反J色A*,C：:氣體分孑的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)化學(xué)反應(yīng)半衡常數(shù)；化営反應(yīng)可迪率方陽-A -v.B空vrCfD警=半斷方程;叫古心嘰；"評(píng)汕肚：0 dr半餌常栽：k = 2吩二£： < -z - *',-丹忽略分f構(gòu)巾.質(zhì)址的星卄4H MZ-捉

7、尚溫反仃利r化學(xué)反應(yīng)向吸烝方向逬行：固體原了的輸運(yùn)住原了的擴(kuò)散dxri枚方程：芟克方和'J-DVrC(r>擴(kuò)散系數(shù)：O.Qcx彳書)C(a.O) «0.x>0;C(0.r)-Cn;erf(.r)- Jr " chf固體原子的輸運(yùn)囲恣空位形成陡C(.r.r) Coerfc 百” C. I-erf齊原子的擴(kuò)散廉子擴(kuò)散的空位機(jī)制：嚴(yán)5 -垃瀘'耳 + Ev、吟計(jì)丿W耳八必dC空位及添隙皈“的形成；“=叫ex擴(kuò)肢流 J .、= vwex6人o 兒T擴(kuò)政系數(shù)及擴(kuò)敢勢望，e1q=_石叫；固體原了的輸運(yùn)KI一 zrcxp 一C. rm Nemsl-Einste

8、in h4V： *時(shí)6十g)，rh! «7*原子的擴(kuò)散力場下原子的擴(kuò)散:擴(kuò)散速率M亠固體原子的輸運(yùn):表而原子的擴(kuò)散表ifii的形貌：衣面(吸fCAdatom)：沉枳(吸帕)介嗣體血伙 詢?nèi)?與耳它農(nóng)面原子結(jié)存的原子.衣向 f+Ad-dimer|：給臺(tái)4 起的網(wǎng)個(gè)zdatoms：ifii.(island)：乞個(gè)adatoms結(jié)合在 起形成的相刈總定 的農(nóng)面團(tuán)離;表面的臺(tái)利階二平臺(tái)(Terrace)是折臺(tái)階的平坦晶1叭 臺(tái)階 (step)繪折臺(tái)階平臺(tái)之間的階越部分：空做Wcancy"平臺(tái)上詢辰被境充的單原f空位;紐祈(Kink)：指沿step拐折的內(nèi)角：卜表血原子的擴(kuò)散表而原子

9、的擴(kuò)散類型：跳躍擴(kuò)放（hoph處址穩(wěn)定的表面廉他I過跨越兩個(gè)和 鄰的&広原r形成的鞍點(diǎn)到達(dá)坊個(gè)能試尬迄位芯 從而 實(shí)現(xiàn)&面原的運(yùn)動(dòng)。交換擴(kuò)敢：處F繼量穩(wěn)定的衣面脈千通過與氏下面的農(nóng)層 原孑交換從而實(shí)現(xiàn)&術(shù)原r的運(yùn)動(dòng)， Ehriich SchwoebelV-:圧農(nóng)側(cè)臺(tái)階處出現(xiàn)的阻止我血擴(kuò)散系數(shù),D* =;vexp(#)旗子之間的相互作用孑-沉枳填子之何的相互作»JftEA.A；-沉稅煉f li慣體從fZfHj的柯"fl咐危E-：關(guān)狀生長:aE/m屜AEf （衣而擴(kuò)散勢全）:混合牛 I® E“ < E仆 Em > E$ !怎狀生Kx

10、成核與生長動(dòng)力學(xué)表而原子的擴(kuò)散表面原子的吸附與脫附:表面原了的吸附；-恂用吸附：|M休厲了Z間更離比枝人，O.25eV :-化學(xué)毗附與虬體原fZ例和離比枚小£-1.0eVz-在物理吸附和化少吸附2何存隹 個(gè)轉(zhuǎn)化補(bǔ)塑：JKfMi化？ 吸附能大F分子的解離能時(shí)物理吸附才陡轉(zhuǎn)化為化學(xué)吸孰的脫附：脫附能（E餉）是所冇吸附陳了脫肉燦所需能秋的統(tǒng)計(jì)半坡脫附率比嚴(yán)廊P（爭/昭農(nóng)向原了的半均專命：D工,=:C"（ ：； J-抑也愼于在展片衣仰的平器館時(shí)町平均擴(kuò)散SA： 阿W=gP；徭勻成核與生長動(dòng)力學(xué)成核動(dòng)力學(xué)過程表而原子的濃度：側(cè)時(shí)向射歸的擴(kuò)怖時(shí)宀島-m位N何到迭叢片巾位血枳上的廉/數(shù)：

11、 Miilbi f的密9：亠=葉=嚴(yán)金化噸陽IkMRT yllxMRT kT -單位啣積上的農(nóng)臨加F數(shù)磺：萄6浪f在里片農(nóng)血的擴(kuò)收流密度:-m位時(shí)rm內(nèi)擴(kuò)版的&面鼠產(chǎn)密度/?> =九 "勺如“川"exp（比/燈）PN a 忌、-氏、一 427tMRT° 卩-kT-於成核動(dòng)力學(xué)過程表而原子的成核速率：臨界檢的周長與向枳？ /： =2m-* sin«：臨界成孩密度：*=/I e'W成核速率：'# dn .門 PN、nE. Ev AGK = = /» A(o = 2zrr 5sm ： 八' exp( )dtJ2

12、別 RTkT臨界成核自ih施越人成腋迷書越小.成核密度越小臨界 AttR寸趙知-擴(kuò)腰畀厘的作用與粘界成核山陡相同，收附能則機(jī)必成核與生長動(dòng)力學(xué)成核動(dòng)力學(xué)過程一成核動(dòng)力學(xué)的原子模型：4呦啓沉枳率 扌吋錚)嶺岡(錚)農(nóng)面跖的解離能底；由i個(gè)原了組成的表面島解離成i個(gè)衣 面廉所需契的能址.*11'*丁衷臨形成能的負(fù)位：農(nóng)面甜與衣ifii原孑的化學(xué)平表I®康。的密度;N、-Or,衣面跖的密度用F表面脇形成的左而原/變化車：眷NH獸弘二賦成核動(dòng)力學(xué)職子模里的總義八心AT成核與生長動(dòng)力學(xué):!卻成核動(dòng)力學(xué)過程孑成核動(dòng)力學(xué)的原子模型：臨界成核逑率！虬dt將戚樓熱力學(xué)中的吐不町測雖的搦理啟轉(zhuǎn)換

13、成對(duì)柳參歩 -衣ifti島的仙尖零數(shù)竽叮通過實(shí)檢確定：.(<* + 1)£-£.-h£.log A oc (j + l)log A*a In N x * pkT101 T = TZ5TOTmn"l 2 F H成核與生長動(dòng)力學(xué):成核動(dòng)力學(xué)過程成核速率動(dòng)力學(xué)方程：成孩功力學(xué)似熨：成檢功力學(xué)行為類似廣化學(xué)反應(yīng)功力學(xué). 在假設(shè)農(nóng)面只存住R而原了運(yùn)動(dòng)的恃況2乞種尺度的農(nóng) iftifii町以迪過系列速率方乳描述：捕聲系數(shù)頤冊(cè)速那力怙蘭L*出卡心n.£厶diGZi總足的農(nóng)向隔帝度FN,帆=氐"幕竺上一逆界成孩尺典 二叫越氏1(休隘"

14、臥擴(kuò)敞列 -冷甘農(nóng)倆島密浚的總和壘解離能代關(guān)& ® e" x=r1¥成核與生長動(dòng)力學(xué)吵*生長動(dòng)力學(xué)過程0臺(tái)階的生長：農(nóng)面原的擴(kuò)散速率；N =（-肚厶）r. A2 燈臺(tái)階的寵長速率：V. = （/. -/.）= 2ci:ktin）i 一化）臺(tái)階的動(dòng)力學(xué)平斷常數(shù)：A -itr%xp（第）衣面覘子沿臺(tái)階擴(kuò)散的劃夕h*- »6O連續(xù)陷阱：人V®邊擴(kuò)做：臺(tái)階生長類型：-Z?»A,r動(dòng)力7挖制生13 R 擴(kuò)枚控制生氏；成核與生長動(dòng)力學(xué)成核與生長動(dòng)力學(xué):生氏動(dòng)力學(xué)過程一螺旋位錯(cuò)的生長:徑向生長她心）=：=;：=沖（ft dO d!v(p)=

15、 v(r)CQSP =rr(ov(r)ra.©b.成核與生長動(dòng)力學(xué)2x. S?:生長動(dòng)力學(xué)過程表而島的合并（粗化）：農(nóng)向?yàn)榈幕瘜W(xué)VXG.=U君匕n-nr , “二絲三空£ Ostwald 熟化Repening）'&臨陷的化學(xué)勢bQh辰的半牲成只比.&血曲越人.化學(xué) 勢延他；N此片衣ift尿郴埋枚近卜存" 個(gè)諛動(dòng)力使原 （從小的左向隔遷尊.這規(guī)絵成為OstwakJ咚化：由T農(nóng)面加子存在fll大的活性實(shí)詠的船化機(jī)制不需要農(nóng)曲 隔的r接按蝕：莊薄肢化匕過輕屮.Ostwald爼化汕程圧不能達(dá)到平樹的. fnostwaid班化機(jī)制緞M珞的AN足 個(gè)冰

16、©態(tài)分布;成核與生長動(dòng)力學(xué)鑒址述:生長動(dòng)力學(xué)過程書六二表而甜的合并(粗化)：熔結(jié)Sintering)-F茨商轟相互按粒時(shí).表面島Ki子甸連接處11移験的致 兩個(gè)衣血甜合井，這現(xiàn)象成為昭-加妙&面助順了向連按處遷移的麻川亡連按處的Hh申小事 l«r<(). W此，連按松皴處的化學(xué)孫址低：-倉?8半徹Qfifi時(shí)何的變化xn A(門為溫度相關(guān)的常數(shù)： 牛=A(T)f體Tift： n=5t m=2:r占 ihl 擴(kuò) Ift: n=7. m=3成核與生長動(dòng)力學(xué):生長動(dòng)力學(xué)過程表而島的合并(粗化)：團(tuán)簇遷務(wù)：-除了化丫勢的簽卅酬動(dòng)曲總鬥I莎Y致的衣Mi島介井外.k 礙實(shí)

17、於il實(shí)，農(nóng)佃島遷務(wù)也是&血出合并的匝耍0L堿衣面島的擴(kuò)；"'活過I衣価陽擴(kuò)敗不數(shù)：如2攀級(jí)彳善；川D為溫及招天的曲縱; S=l-3:-E擴(kuò)做激活能:生氏動(dòng)力學(xué)過程粗化與晶粒尺度：成孩與生長的轉(zhuǎn)化方Fl,-薄幄的成檢U生性過段打體村料叢啊佩的.其疲檢b生長過 稈的犧化動(dòng)力學(xué)過科町以用 Axrumi方軒描述： 卅化系數(shù)：/(O=l-expf-VGyl嵋如扶線性生長速率 慮核初卿，用I小；片成孩,丿牛上禾冷時(shí)，.邸速堆加；成孩 飽和后9戶I：-若認(rèn)為冋.如為成梭完成，則成權(quán)褚度和成核尺寸為:推薦進(jìn)一步閱讀的文獻(xiàn):表面和薄膜過程導(dǎo)論John A. Venables著，it界

18、圖苒出版公司Materials Science of Thin Filmseposition and StructureMilton Ohring若,Academic Press ill 版習(xí)題與作業(yè)Ah AtomK force microscopeof the nuvkaiion and growth ofpol)cr)Mjlbnc silicon on StO: tuburaici bv upid-lhermjl C VD methods repealed the followingSsrtrwraie trraprrjrurrK<FCImuaiion t»nx i計(jì)411$、U4ir3 drn Mty心.io-l » JO"KTJudrutinn»|IO»IMVer ml yroHik raw (.mi mtmS2inI4Iwi/vauluu inn mini4362J41 tape tto.hl rjjiu和0.54"41QNtou|Ane».t mm»Mi<6DitjC R