温度和气压对溅射薄膜组织的影响 衬散
温度和气压对溅射薄膜组织的影响
形态1型的薄膜组织 ■形态1的组织形成于温度很低、压力较高,入 射粒子能量很低的条件下 ◆由于温度低,原子的表面扩散能力有限,沉 积后的原子即已失去扩散能力 ◆薄膜形核所需的临界核心尺寸很小;在薄膜 表面上,不断形成新的核心 薄膜表现为一种数十纳米直径的细纤维状的组织形态, 纤维内部缺陷空度很高,或甚至就是非晶态;纤维之间 的结构较疏松,存在许多纳米尺度的孔泂。薄膜的强度 较低。随薄膜厚度的增加,细纤维状组织进一步发展为 锥状形态,其间夹杂有尺寸较大的孔洞,而薄膜表面则 呈现为拱形形貌
形态 1 型的薄膜组织 ◼ 形态 1 的组织形成于温度很低、压力较高，入 射粒子能量很低的条件下 ◼ 薄膜表现为一种数十纳米直径的细纤维状的组织形态， 纤维内部缺陷密度很高，或甚至就是非晶态；纤维之间 的结构较疏松，存在许多纳米尺度的孔洞。薄膜的强度 较低。随薄膜厚度的增加，细纤维状组织进一步发展为 锥状形态，其间夹杂有尺寸较大的孔洞，而薄膜表面则 呈现为拱形形貌 ◆ 由于温度低，原子的表面扩散能力有限，沉 积后的原子即已失去扩散能力 ◆ 薄膜形核所需的临界核心尺寸很小；在薄膜 表面上，不断形成新的核心
形态2型的薄膜组织 形态2型的薄膜组织形成于TsTm=0.3~0.5的温 度区间 ◆原子的表面扩散进行得较为充分,已可进行 相当距离的扩散 ◆原子的体扩散仍不充分 ■此时,形成的组织为各个晶粒分别外延而形成的均匀的 柱状晶组织,柱状晶的直径随沉积温度的增加而增加。 晶粒内部缺陷密度较低,晶粒边界的致密性较好。薄膜 具有较高的强度。各晶粒的表面开始呈现出晶体学平面 所特有的形貌
◼ 形态 2 型的薄膜组织形成于Ts/Tm=0.30.5的温 度区间 ◼ 此时，形成的组织为各个晶粒分别外延而形成的均匀的 柱状晶组织，柱状晶的直径随沉积温度的增加而增加。 晶粒内部缺陷密度较低，晶粒边界的致密性较好。薄膜 具有较高的强度。各晶粒的表面开始呈现出晶体学平面 所特有的形貌 形态 2 型的薄膜组织 ◆ 原子的表面扩散进行得较为充分，已可进行 相当距离的扩散 ◆ 原子的体扩散仍不充分
形态3型的薄膜组织 形态3型的薄膜组织形成于Ts/im>0.5的温度区间 温度的升高使原子的体扩散开始变得很充分 ◆薄膜沉积时,薄膜内已在发生再结晶过程 薄膜的组织变为经过充分再结晶的粗大的等轴晶组织, 晶粒较大,直至可超过薄膜的厚度;晶粒内部缺陷密度 很低 ■在形成形态2和形态3型组织的情况下,衬底的 温度已经较高,因而溅射气压或入射粒子能量 对薄膜组织的影响变得比较小了
形态 3 型的薄膜组织 ◼ 形态3型的薄膜组织形成于Ts/Tm>0.5的温度区间 ◼ 薄膜的组织变为经过充分再结晶的粗大的等轴晶组织， 晶粒较大，直至可超过薄膜的厚度；晶粒内部缺陷密度 很低 ◼ 在形成形态2和形态3型组织的情况下，衬底的 温度已经较高，因而溅射气压或入射粒子能量 对薄膜组织的影响变得比较小了 ◆ 温度的升高使原子的体扩散开始变得很充分 ◆ 薄膜沉积时，薄膜内已在发生再结晶过程
形态T型的薄膜组织 ■形态T型的组织也形成于较低的温度下,但 压较低,沉积原子具有相当的能量。溅射气压 降低,入射粒子能量的提高会抑制形态1型组 织出现,促进形态T型组织出现 ◆沉积温度仍很低,临界核心的尺寸仍很小 ◆沉积粒子能量的提高改善孓原子的表面扩散 能力 虽然薄膜仍保持孓细纤维状的组织特征,纤维内缺陷密 度较高,但高能量粒子的溅射效应使纤维边界明显地较 为致密,纤维间的孔洞以及拱形的表面形貌特征消失。 薄膜的强度较形态1时显著提高
◼ 形态 T 型的组织也形成于较低的温度下，但气 压较低，沉积原子具有相当的能量。溅射气压 降低，入射粒子能量的提高会抑制形态 1 型组 织出现，促进形态 T 型组织出现 ◼ 虽然薄膜仍保持了细纤维状的组织特征，纤维内缺陷密 度较高，但高能量粒子的溅射效应使纤维边界明显地较 为致密，纤维间的孔洞以及拱形的表面形貌特征消失。 薄膜的强度较形态 1 时显著提高 形态 T 型的薄膜组织 ◆ 沉积温度仍很低，临界核心的尺寸仍很小 ◆ 沉积粒子能量的提高改善了原子的表面扩散 能力