3. Основные параметры тонких покрытий

Определим тонкие покрытия как объекты, свойства которых зависят от размера тела в одном из направлений (толщины слоя). Оно определяется свойством, зависимость которого от толщины мы определяем.

При этом следует учитывать, что характер размерных зависимостей определяется условиями и методикой измерения этого свойства, например, температурой материала или напряженностью электрического поля (при определении электрофизических свойств).

Основными геометрическими параметрами тонких пленок и покрытий являются толщина пленки, ее форма.

Z₁=F (X, Y)- поверхность материала подложки.

Z₂=F (X, Y)- поверхность покрытия.

Z₂

пленка

^Z₁

Участки поверхностей Z₁ и Z₂ в общем случае могут совпадать (на этих участках покрытие отсутствует).

Для характеристики покрытий используют следующие основные параметры:

1.Геометрическая толщина покрытия.

2.Эффективная толщина покрытия.

Часто используется параметр эффективной толщины, который связывается с методом измерения. В общем случае, эффективной по отношению к данному физическому свойству толщиной называют толщину однородного слоя вещества, обладающего теми же свойствами, что и реальное покрытие. В общем случае d_г, эффективная весовая толщина и оптическая толщина, совпадают, когда покрытие равномерное и однородное. В противном случае, при измерении толщины одного и того же по- крытия получаем разные значения.

3. Внутренняя и внешняя формы покрытия:

Внешняя форма определяется геометрическими размерами отдельных элементов покрытия.

Внутренняя форма описывает кристаллическое строение, тип решетки, ориентацию кристаллов, их размер, дефектность и т. д.

В общем случае для полного описания состояния тонких покрытий необходимо знать следующие их основные характеристики:

1.Степень покрытия подложки пленкой θ (степень заполнения) долю поверхности, занятой пленкой.

2.Поверхностную плотность островков.

Различают среднюю плотность n₀ =N /S (N-число островков, S-площадь) и дифференциальную плотность n=dN/dS (dN-число островков, находящихся на площади dS).

3.Кристалическую структуру, степень дефектности, характер ее распределения по объему покрытия.

4.Функцию распределения островков по размерам f(r)= dN/ dr (dN-число частиц, имеющих размер в пределах от r до r+dr).

5.Форму и ориентацию кристаллографических осей зерен материала

4 Стадии и механизмы роста пленок при их осаждении из газового потока

Пусть на поверхность твердого тела, находящегося в вакууме, действует поток частиц с плотностью j, ат./(с*м²) (на практике, в технологии осаж _{дения покрыти используются потоки с j }

₁₀¹⁰_-10²⁰ _ат./(с*м²_)).

_{Рис. 5. Взаимодействие атомов с поверхностью.}

При взаимодействии отдельного атома с поверхностью протекают следующие элементарные процессы:

1.Энергообмен (аккомодация) с поверхностными атомами подложки. В зависимости от условий энергообмена, природы взаимодействующего атома и атомов подложки возможны две взаимоисключающие друг друга ситуации :

_{аатом упруго отразился;}

б) закрепился на поверхности – перешел в адсорбированное состояние.

2.Поверхностная диффузия. В зависимости от условий формирования пленок, адсорбированный атом в процессе диффузии может либо закрепиться на ядре конденсации, зародыше конденсированной фазы (растущей металлической частице), либо же через некоторое время _а перейти в газовую фазу (в десорбированное состояние). Поверхностная диффузия характеризуется длиной диффузионного пробега Х=(D_а )^1/2 , которая равна расстоянию, проходимому атомом за время его жизни в адсорбированном состоянии _а (D-коэффициент поверхностной диффузии).

Следует различать следующие стадии роста пленки:

1) Образование адсорбционной фазы.

2) Зародышеобразование конденсированной фазы.

3) Рост зародышей.

4) Взаимодействие зародышей между собой и их слияние (коалесценция).

5) Образование сплошной пленки и ее рост