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薄膜成长原理

薄膜成長原理
薄膜之所以能夠沉積於基板上,主要是由於基板表面上的許多氣體分子或其他粒子,如原子團和離子等。

薄膜沈積是經一連串原子吸附、擴散、成核、晶粒成長、晶粒聚結,而逐漸形成薄膜,其詳細敘述如下,如圖2-6所示[43]:
(a) 成核(Necleation):
基材表面消耗了原子動能,使原子停留在基材表面,稱為物理吸附;若吸附原子與其他吸附原子有交互作用,將多餘的凝結能放出,形成一穩定之核團,此現象為化學吸附。

相同的原子能吸附也能脫附,若吸附大於脫附,則薄膜成長得以進行。

(b) 晶粒成長(Grain Growth):
當薄膜的沉積進入個別晶粒成長後,晶粒成長所需要的原子,不再侷限由吸附取得,而是可以直接從氣相中獲得原子來源,並成長成較大之晶粒。

(c) 晶粒聚結(Coalescence):
當原本各別且獨立的晶粒,成長到與鄰近之晶粒接觸時,便開始了聚結,由於與鄰近的晶粒互相接觸,開始了晶粒間的交互擴散作用,為了減少彼此間之表面能差異,在彼此接觸的部份會先形成頸部,兩晶粒藉此頸部,交互擴散,調整表面能並合而唯一,形成比原
來大之晶粒。

(d) 縫道填補(Filling of Channels):
縫道的形成,基本上就是晶粒聚結成長後,在晶粒與晶粒間所留下的距離,基本上就是基材表面未被原子所覆蓋的地方,當這些縫道逐漸被填滿後,在基板表面便出現了薄膜的雛形。

(e)膜成長(Film Growth):
在縫道填補之後的薄膜,繼續堆積原子,持續增加膜厚度,此時薄膜的成長,便不再只是像之前的成長機制,吸附原子可直接進行化學性吸附,增快成長速率。

圖2-6薄膜成長機制示意圖[43]。

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