薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷教學(xué)課件

第四章(補(bǔ)充〉薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷第一節(jié)薄膜的結(jié)構(gòu)薄膜的結(jié)構(gòu)因研究的對(duì)象不同分三種類型(1)組織結(jié)構(gòu)(2)晶體結(jié)構(gòu)(3)表面結(jié)構(gòu)薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷、薄膜組織結(jié)構(gòu)薄膜的組織結(jié)構(gòu)是指它的結(jié)晶形態(tài)其結(jié)構(gòu)分為四種類型(1)無(wú)定形結(jié)構(gòu)(2)多晶結(jié)構(gòu)(3)纖維結(jié)構(gòu)(4)單晶結(jié)構(gòu)薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷相對(duì)于塊體材料來(lái)講,比較容易制備非晶態(tài)的薄膜這是由于薄膜的制備方法比較容易實(shí)現(xiàn)形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的外部條件,即較高的過(guò)冷度和低的原子擴(kuò)散能力薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷形成無(wú)定形薄膜的工藝條件是降低吸附原子的表面擴(kuò)散速率降低表面擴(kuò)散速率的方法降低基體溫度、引入反應(yīng)氣體和摻雜硫化物和鹵化物薄膜在基體溫度低于77K時(shí)可形成無(wú)定形薄膜濺射沉積w、Mo、Hf、Zr、Re膜時(shí),加入原子百分比為1%的N2,所得的膜是非晶態(tài)有些氧化物薄膜(如O2、ZrO2、AL2O3等,基體溫度在室溫時(shí)有形成無(wú)定形薄膜的傾向薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷在102~103Pa氧分壓中蒸發(fā)鋁、鎵、銦和錫等超導(dǎo)薄膜由于氧化層阻擋了晶粒生長(zhǎng)而形成無(wú)定形薄膜在83%ZrO2-17SiO2和6%ZrO23%MgO的摻雜薄膜中,由于兩種沉積原子尺寸的不同也可形成無(wú)定形薄膜;薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷2.多晶結(jié)構(gòu)多晶結(jié)構(gòu)薄膜是由若干尺寸大小不等的晶粒所組成88的圖1-12晶過(guò)示素圖及相皮的多晶體紐縱薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷在薄膜形成過(guò)程中生成的小島就具有晶體的特征(原子有規(guī)則的排列)思考:由眾多小島聚結(jié)形成的薄膜是單晶還是多晶薄膜?用真空蒸發(fā)或陰極濺射法制備的薄膜,都是通過(guò)島狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)起來(lái),必然產(chǎn)生許多晶粒間界形成多晶結(jié)構(gòu)在多晶薄膜中,常常出現(xiàn)一些塊狀材料未曾發(fā)現(xiàn)的介穩(wěn)相結(jié)構(gòu)薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷多晶薄膜中不同晶粒間的交界面稱為晶界或晶粒間界討論:晶界或晶粒間界所表現(xiàn)出兩個(gè)的特征:(1)由于晶界中晶格畸變較大,因此晶界上原子的平均能量高于晶粒中內(nèi)部原子的平均能量,它們的差值稱為晶界能。高的晶界能量表明它有自發(fā)地向低能態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。晶粒的長(zhǎng)大和平直化都能減少界面面積,從而降低晶界能量。所以只要原子有足夠的動(dòng)能,在它遷移時(shí)就出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大和晶界平直化的結(jié)果薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷(2)由于晶界中原子排列不規(guī)則,其中有較多的空位。當(dāng)晶粒中有微量雜質(zhì)時(shí),因它要填入晶界中的空位,使系統(tǒng)的自由能增加要比它進(jìn)入晶粒內(nèi)部低。所以微量雜質(zhì)原子常常富集在晶界處,雜質(zhì)原