薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷教學課件

第四章(補充〉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)與缺陷相對于塊體材料來講,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現(xiàn)形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的外部條件,即較高的過冷度和低的原子擴散能力薄膜的結(jié)構(gòu)與缺陷形成無定形薄膜的工藝條件是降低吸附原子的表面擴散速率降低表面擴散速率的方法降低基體溫度、引入反應氣體和摻雜硫化物和鹵化物薄膜在基體溫度低于77K時可形成無定形薄膜濺射沉積w、Mo、Hf、Zr、Re膜時,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,基體溫度在室溫時有形成無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、銦和錫等超導薄膜由于氧化層阻擋了晶粒生長而形成無定形薄膜在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,都是通過島狀結(jié)構(gòu)生長起來,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。晶粒的長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能,在它遷移時就出現(xiàn)晶粒長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。當晶粒中有微量雜質(zhì)時,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