新相形核自由能变化随核心半径的变化 曲线2时气相的过饱和度S大于曲线时 形核驱动力大,则临界核心的半径小
新相形核自由能变化随核心半径的变化 ◼ 曲线2时,气相的过饱和度S大于曲线1时 ◼ 形核驱动力大,则临界核心的半径小
非自发形核理论的要点 形成一个新相核心时,系统的自由能变化为 临界核心的半径为 ■形成临界核心时,系统的自由能变化 形成的临界核心的面密度,或形核率 n为一个相应的常数
◼ 形成一个新相核心时，系统的自由能变化为 ◼ 临界核心的半径为 非自发形核理论的要点 ◼ 形成临界核心时，系统的自由能变化 G= r G + r 4 3 4 3 2 V r G * V = − 2 G G * V = 16 3 3 2 ◼ 形成的临界核心的面密度，或形核率 kT G s n n e * * − = ns为一个相应的常数
温度-沉积速率对薄膜形核率的影响 ■薄膜沉积速率R,衬底温度T是影响薄膜沉积 过程和薄膜组织的两个最重要的因素。 ■物质沉积通量J/,或气相压力p上升时,AG*将 降低,而n*将迅速增加,即形核率增加 ■温度对n*的影响则具有两面性: ◆温度提高会提高新相的平衡蒸气压,导致ΔG*增加, 吸附原子脱附几率提高,两者均使得n*降低;温度降 低则可获得高的形核率 但某些情况下,动力学因素又起着关键的作用。低温 时化学反应的速度下降,造成薄膜形核率反而降低
◼ 薄膜沉积速率R，衬底温度T是影响薄膜沉积 过程和薄膜组织的两个最重要的因素。 ◼ 物质沉积通量J，或气相压力p上升时，G*将 降低，而n*将迅速增加，即形核率增加 温度-沉积速率对薄膜形核率的影响 ◼ 温度对n*的影响则具有两面性： ◆ 温度提高会提高新相的平衡蒸气压pv，导致G*增加， 吸附原子脱附几率提高，两者均使得n*降低；温度降 低则可获得高的形核率 ◆ 但某些情况下，动力学因素又起着关键的作用。低温 时化学反应的速度下降，造成薄膜形核率反而降低
薄膜沉积过程中新相的形核地点 ■薄膜沉积时,核心的形核地点为衬底的某些局 部位置,如 晶体缺陷 原子层形成的台阶 杂质原子处等 这些地点或可降低薄膜与衬底间的界面能,或 可以降低使原子发生键合时所需的激活能 ■因此,薄膜形核的过程在很大程度上取决于衬 底表面能够提供的形核位置的特性和数量
薄膜沉积过程中新相的形核地点 ◼ 薄膜沉积时，核心的形核地点为衬底的某些局 部位置，如 ◼ 这些地点或可降低薄膜与衬底间的界面能，或 可以降低使原子发生键合时所需的激活能 ◼ 因此，薄膜形核的过程在很大程度上取决于衬 底表面能够提供的形核位置的特性和数量 ◆ 晶体缺陷 ◆ 原子层形成的台阶 ◆ 杂质原子处等
获得不同形核率的薄膜的方法 有两种极端的情况,第一种极端情况 要获得表面平整,晶粒细小、均匀的多晶薄膜 即要提高n*,减小Vr* ◆在薄膜的形核阶段,提高气相的过饱和度,大 幅度降低ΔG*而提高n*,使小到只含有少量 的原子 ◆降低沉积温度,抑制原子和小核心的扩散, 抑制晶核的长大,冻结细晶粒组织 ◆还可采用离子轰击等方法,促进形成大量的 新相形核地点,抑制岛状核心呈三维发展
获得不同形核率的薄膜的方法 ◼ 要获得表面平整，晶粒细小、均匀的多晶薄膜 ，即要提高n*，减小r* 有两种极端的情况，第一种极端情况 ◆ 在薄膜的形核阶段,提高气相的过饱和度，大 幅度降低G*而提高n* , 使r*小到只含有少量 的原子 ◆ 降低沉积温度，抑制原子和小核心的扩散， 抑制晶核的长大，冻结细晶粒组织 ◆ 还可采用离子轰击等方法，促进形成大量的 新相形核地点，抑制岛状核心呈三维发展