薄膜生长的三种模式 Volmer -Weber 息状生哲 Frank-van der merwe 状生长 Stranski-Krastanov /岛横生长
薄膜生长的三种模式 Volmer-Weber Frank-van der Merwe Stranski-Krastanov
薄膜生长的三种模式 岛状生长( Volmer- Weber)模式:在薄膜沉积时, 总是形成三维的新相核心。 岛状核心的形成表明,被沉积物质与衬底之间 的浸润性较差;前者倾向于自己相互键合起来 ■层状生长( Frank- van der merwe模式:薄膜从开 始起即采取二维铺展开的生长模式 表明被沉积物质与衬底之间的浸润性很好,被 沉积物质更倾向于与衬底原子相键合,已没有 意乂十分明确的形核阶段出现
◼ 岛状生长(Volmer-Weber)模式：在薄膜沉积时， 总是形成三维的新相核心。 岛状核心的形成表明，被沉积物质与衬底之间 的浸润性较差；前者倾向于自己相互键合起来 ◼ 层状生长(Frank-van der Merwe)模式：薄膜从开 始起即采取二维铺展开的生长模式 表明被沉积物质与衬底之间的浸润性很好，被 沉积物质更倾向于与衬底原子相键合，已没有 意义十分明确的形核阶段出现 薄膜生长的三种模式
薄膜生长的三种模式 ■层状岛状( Stranski-Krastanov)生长模式:在最 开始的一两个原子层的层状生长之后,生长模 式从层状转为岛状模式 这种模式转变的机制较复杂,但其本质是薄膜 生长过程中各种能量的相互消长,比如 外延时晶格常数并不匹配,应变能逐渐积累;随后 发生应变能的松弛 在表面能较高的晶面发生层状外延后,为降低表面 能,转变为低能面的生长 在S止上生长GaAs时,S所需要的三个键合电子被AS 的五个外层电子所满足,且剩余一对电子,使表面 不再倾向于接受其他原子,即吸附了As原子的 Si(11)表面已被钝化
◼ 层状-岛状(Stranski-Krastanov)生长模式：在最 开始的一两个原子层的层状生长之后，生长模 式从层状转为岛状模式 这种模式转变的机制较复杂，但其本质是薄膜 生长过程中各种能量的相互消长,比如 薄膜生长的三种模式 ◆ 外延时晶格常数并不匹配，应变能逐渐积累；随后 发生应变能的松弛 ◆ 在表面能较高的晶面发生层状外延后，为降低表面 能，转变为低能面的生长 ◆ 在Si上生长GaAs时，Si所需要的三个键合电子被As 的五个外层电子所满足，且剩余一对电子，使表面 不再倾向于接受其他原子，即吸附了As原子的 Si(111)表面已被钝化
薄膜的形核 薄膜沉积的初期,要经历非自发形核阶段 非自发形核要有两个条件: 形核表面 相变自由能△Gv 其中以和,凝结相的平衡蒸气压和实际压力,J和是凝结 相的蒸发通量和沉积通量,Ω是原子体积,上式还可写成 其中,S是气相的过饱和度。当气相存在过饱和现象时, ΔG√<0,它就是新相形核的驱动力
◼ 薄膜沉积的初期，要经历非自发形核阶段 ◼ 非自发形核要有两个条件: 形核表面 相变自由能GV 薄膜的形核 J k T J p k T p G V ln ln V V = = 其中pv和p是凝结相的平衡蒸气压和实际压力，Jv和J是凝结 相的蒸发通量和沉积通量，是原子体积,上式还可写成 其中，S是气相的过饱和度。当气相存在过饱和现象时， GV<0，它就是新相形核的驱动力 G kT V = − ln(1+S)
薄膜形核过程的示意图 J是欲凝结物质的沉积通量
薄膜形核过程的示意图 J 是欲凝结物质的沉积通量