5.1. Механизмы роста пленок
Морфология пленок определяется кинетикой роста |
|
|
Зависит от |
Особенностей взаимодействия частиц |
|
|
с поверхностью и друг с другом. |
|
|
Условий роста |
Температура подложки, |
|
|
величина потока частиц, |
качество поверхности
Три механизма роста пленок
1. Послойный рост или рост по механизму Франка-ван-дер-Мерве
(FM, Frank – van der Merve)
Последовательно, слой за слоем.
Появление частиц в следующем слое возможно только при условии полного завершения предыдущего
Пленки с достаточно крупными |
Определенные физико-химические |
|
блоками, имеющими определенное |
||
свойства. |
||
кристаллографическое строение |
||
|
2. Другой - диаметрально противоположный - островковый или рост по Фольмеру-Веберу (VW, Volmer-Weber)
Образование зародышей
При первой возможности стремятся объединиться и образовать кластеры, или присоединиться к уже существующим
Пленки имеют мелкокристаллическую структуру
Размеры блоков определяются |
Температура подложки, ее чистота, |
условиями формирования |
величина потока частиц, направление |
|
пучка, вакуумные условия и т.д. |
3. Tретий - Странски-Крастоновой
(SK, Stranski-Krastanov)
Рост островков только после завершения формирования первого монослоя
Механизм роста определяется соотношением поверхностных энергий.
При квазиравновесном процессе
= σf + σi - σs |
σ - поверхностная энергия пленки |
|
|
f |
|
|
σi - энергия межфазовой границы раздела. |
|
< 0 (σf + σi < σs). |
σs - чистой поверхности подложки |
|
Механизм Фольмера-Вебера |
||
> 0 |
Франк-ван-дер-Мерве или Странски-Крастановой |
|
в зависимости от того, выполняется условие |
||
|
||
|
для последующих слоев или нет. |
|
|
|
После завершения Iслоя начинается рост |
II слоя. |
|||||||
|
|
|
IS (θ )= IS 0 |
exp(− d |
λ |
)(2 −θ )+ IS 0 |
(θ −1)exp(− 2d |
λ |
); 1 ≤ θ ≤ 2 |
||
|
|
|
От участков с |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
С двумя монослоями |
||||||
|
|
|
одним монослоем |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Оже-сигнал также меняется линейно, но наклон меньше |
||||||||
|
|
|
|
|
|
IS(θ) представляет собой ломаную линию |
|||||
|
|
|
Излом - завершение застройки очередного монослоя |
||||||||
Для оже-электронов адсорбата аналогично |
|
|
I1 – интенсивность |
||||||||
Ia = I1θ |
|
|
|
|
|
0 ≤ θ ≤ 1 |
|||||
|
|
|
|
|
оже-электронов |
||||||
Ia = I1 + I1(θ −1)exp(− d |
) |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
1 ≤ θ ≤ 2 |
от одного монослоя |
||||||||
Ia = I1 + I1 exp(− d |
λ |
)+ I1λ(θ − 2)exp(− 2d |
λ |
) |
2 ≤ θ ≤ 3 ит.д. |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Зависимость - ломанная линия
|
Островковый рост |
|
|
|
|
|
|
Допустим, атомы закрепляются |
Должны располагаться в соответствии |
||
в месте падения |
с распределением Пуассона |
||
Пусть т независимых испытаний, в каждом вероятность события А равна р
Вероятность, что событие А появится k раз |
Pk ,т |
= |
Cт p |
|
1 |
− |
p |
)т−k |
||||||
|
k |
|
k ( |
|
||||||||||
При малых р |
P |
≈ |
(тp)k |
e−тp |
Формула Пуассона |
|||||||||
|
||||||||||||||
|
k ,т |
|
k! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В данном случае р=1/п0, |
|
по – число адсорбционных центров. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
m = числу адсорбированных частиц n |
|
|
|
|
|
|||||||
При средней толщине покрытия θ |
|
|
|
|
Pk |
= |
θ k |
|
e−θ |
|
||||
вероятность обнаружения на поверхности |
|
|
|
|
|
k! |
|
|
|
|||||
структуры в k атомных слоев
Интенсивность пучка оже-электронов от атомов подложки
I (θ )= I |
P exp(− kd |
λ |
)= = I |
|
e−θ |
|
θ k |
exp(− kd |
λ |
)= I e−θ |
|
(θ exp(− d λ))k |
|
|
k |
k! |
k |
k! |
|||||||||
S |
k |
|
S 0 |
|
|
S 0 |
|||||||
S 0 å k |
|
|
|
|
å |
|
|
|
å |
|
|||
|
IS = IS 0 |
|
é |
|
æ |
- e |
−d λ öù |
|
|
|
|
||
|
expê-θ |
ç1 |
|
÷ú |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
ë |
|
è |
|
|
øû |
|
|
|
|
Понижение оже-сигнала от подложки с увеличением покрытия по экспоненте
Аналогичное выражение и для тока оже-электронов от атомов пленки. Экспоненциальный рост с увеличением концентрации адсорбата.
пленкой и подложкой.