박막 성장 및 핵 생성
대부분의 경우 박막의 속성은 기판의 기본 속성에 영향을 받으며 박막의 두께와 증착에 사용되는 증착 기술에 따라 크게 달라질 수 있습니다. 박막 성장 및 핵 생성에는 세 가지 주요 단계가 필요합니다. 첫 번째 단계는 증착 종, 즉 기판 및 타깃 재료의 생성을 포함하고, 이어서 임의의 증착 기술을 사용하여 타깃에서 기판으로의 운송을 포함하며, 최종 단계는 기판 상의 타깃을 성장시켜 형성하는 것을 포함합니다. 얇은 필름. 타깃의 원자는 기판에 충돌하여 기판에서 즉시 반사되어 특정 체류 시간 후에 기체 상태로 다시 증발하거나 기판 표면에 응축될 수 있습니다. 이 과정은 여러 요인에 의해 영향을 받으며, 활성화 에너지, 표적과 기질 사이의 결합 에너지, 접착 계수 등을 포함합니다. 충돌하는 원자에 대한 응축 원자 사이의 비율을 점착 계수라고 합니다. 이 과정에서 원자는 에너지를 잃고 기판과 즉시 반응하지 않을 수 있습니다. 그들은 응축 전에 표면 위에서 약간의 이동성을 가지며 이러한 이동성 원자는 흡수된 원자의 합성어인 adatom이라고 합니다. 표면에서 원자가 응축되는 동안 손실되는 에너지는 기질 원자와의 화학반응, 확산 표면 원자의 충돌, 우선적인 핵 생성 위치 찾기 또는 흡수된 표면 종의 충돌에 의해 발생할 수 있습니다. 표면 이동도가 낮고 원자 간 상호작용이 강한 경우각 원자는 성장을 위한 핵 생성 사이트로 작용할 수 있지만 adatom-표면 상호 작용이 약할 때 응축하는 adatom의 표면 이동도가 높아지고 배위 증가로 인해 더 강한 결합이 있는 우선적인 핵 생성 사이트에서 응축이 발생합니다. 응축 원자는 표면의 원자와 반응하고 결합하여 원자 대 원자 화학 결합을 형성합니다. 형성된 화학 결합은 다음 결합 유형 중 하나일 수 있습니다. 원자의 분극으로 인한 정전기 인력(반 데르 발스 힘), 원자가 궤도 전자를 공유하는 금속(단극) 결합 또는 이온이 존재하는 정전기(쿨롱 이극) 전자 손실 또는 이득으로 인해 형성됩니다. 응축된 원자와 표면 원자 사이의 반응으로 인한 결합이 매우 강하면 원자는 화학 흡착을 했다고 합니다. 이 adatom은 수많은 adatom의 집합체에 의해 핵으로 변형되어 연속적인 박막을 생성합니다. 증착의 특성으로 인해 초기 단계에서 생성된 핵은 종종 열역학적으로 불안정하며 사용된 증착 매개변수에 따라 시간이 지남에 따라 탈착 될 수 있습니다. 잠시 후, 클러스터 된 핵은 임계 안전 크기에 도달하고 열역학적으로 안정되며 핵 생성 문제가 극복되었다고 합니다. 열역학적으로 불안정한 상태에서 안정적인 임계 크기의 핵이 형성되는 열역학적으로 안정적인 상태로 전환되는 이 과정을 핵형성 단계라고 합니다. 이 adatom은 수많은 adatom의 집합체에 의해 핵으로 변형되어 연속적인 박막을 생성합니다. 증착의 특성으로 인해 초기 단계에서 생성된 핵은 종종 열역학적으로 불안정하며 사용된 증착 매개변수에 따라 시간이 지남에 따라 탈착 될 수 있습니다. 잠시 후, 클러스터 된 핵은 임계 안전 크기에 도달하고 열역학적으로 안정되며 핵 생성 문제가 극복되었다고 합니다. 열역학적으로 불안정한 상태에서 안정적인 임계 크기의 핵이 형성되는 열역학적으로 안정적인 상태로 전환되는 이 과정을 핵형성 단계라고 합니다. 이 adatom은 수많은 adatom의 집합체에 의해 핵으로 변형되어 연속적인 박막을 생성합니다. 증착의 특성으로 인해 초기 단계에서 생성된 핵은 종종 열역학적으로 불안정하며 사용된 증착 매개변수에 따라 시간이 지남에 따라 탈착 될 수 있습니다. 잠시 후, 클러스터 된 핵은 임계 안전 크기에 도달하고 열역학적으로 안정되며 핵 생성 문제가 극복되었다고 합니다. 열역학적으로 불안정한 상태에서 안정적인 임계 크기의 핵이 형성되는 열역학적으로 안정적인 상태로 전환되는 이 과정을 핵형성 단계라고 합니다. 초기 단계에서 형성된 결과 핵은 종종 열역학적으로 불안정하며 사용된 증착 매개변수에 따라 시간이 지남에 따라 탈착 될 수 있습니다. 잠시 후, 클러스터 된 핵은 임계 안전 크기에 도달하고 열역학적으로 안정되며 핵 생성 문제가 극복되었다고 합니다. 열역학적으로 불안정한 상태에서 안정적인 임계 크기의 핵이 형성되는 열역학적으로 안정적인 상태로 전환되는 이 과정을 핵형성 단계라고 합니다. 초기 단계에서 형성된 결과 핵은 종종 열역학적으로 불안정하며 사용된 증착 매개변수에 따라 시간이 지남에 따라 탈착 될 수 있습니다. 잠시 후, 클러스터 된 핵은 임계 안전 크기에 도달하고 열역학적으로 안정되며 핵 생성 문제가 극복되었다고 합니다. 열역학적으로 불안정한 상태에서 안정적인 임계 크기의 핵이 형성되는 열역학적으로 안정적인 상태로 전환되는 이 과정을 핵형성 단계라고 합니다. 증착 과정이 계속됨에 따라 포화 핵 생성 밀도에 도달할 때까지 안정적인 임계 핵의 수와 크기가 증가합니다. 핵 생성 밀도와 평균 핵 양은 기질의 온도, 작동 압력, 접착 특성, 표적과 기질 사이의 결합 에너지, 충돌하는 종의 에너지, 흡착, 탈착의 활성화 에너지와 같은 증착 매개변수의 수에 따라 달라집니다. 핵은 기판과 타깃의 구성에 따라 평행과 수직이라는 두 가지 모드로 성장할 수 있으며 두 가지 시나리오는 단일 증착에서 경험할 수 있습니다. 평행 성장은 흡착된 원자의 표면 확산에 의해 기판에서 발생하는 반면 수직 성장은 입사 종의 직접적인 충돌로 인해 발생합니다. 그러나 이 단계에서 수평 성장이라고 하는 평행 성장 속도는 수직 성장보다 훨씬 높으며 성장한 핵을 섬이라고 합니다. 유착 단계에서 기판 표면에서 작은 섬들이 서로 유착되기 시작하여 기판 표면적을 줄이고 이를 박막 코팅으로 대체합니다. 이로 인해 더 큰 섬이 형성되었으며 그 과정을 응집이라고 합니다. adatoms의 표면 이동성을 증가시키면, 즉 기판 표면의 온도를 증가시켜 핵 생성 부위의 응집 과정과 성장 밀도를 향상합니다. 일부 반응에서 새로운 핵의 형성은 유착으로 인해 새로 노출된 영역을 차지할 수도 있습니다. 더 큰 섬은 함께 성장하여 섬 사이에 덮이지 않은 기판의 채널과 구멍을 남기고 기판 표면에 불연속적인 필름 형성을 유발하여 표면에 다공성 결함을 생성합니다. 더 큰 섬의 추가 성장은 생성된 채널과 구멍의 지속적인 응집 및 채우기를 유발합니다. 새로운 핵의 형성은 또한 유착으로 인해 새로 노출된 영역을 차지할 수 있습니다. 더 큰 섬은 함께 성장하여 섬 사이에 덮이지 않은 기판의 채널과 구멍을 남기고 기판 표면에 불연속적인 필름 형성을 유발하여 표면에 다공성 결함을 생성합니다. 더 큰 섬의 추가 성장은 생성된 채널과 구멍의 지속적인 응집 및 채우기를 유발합니다. 새로운 핵의 형성은 또한 유착으로 인해 새로 노출된 영역을 차지할 수 있습니다. 더 큰 섬은 함께 성장하여 섬 사이에 덮이지 않은 기판의 채널과 구멍을 남기고 기판 표면에 불연속적인 필름 형성을 유발하여 표면에 다공성 결함을 생성합니다. 더 큰 섬의 추가 성장은 생성된 채널과 구멍의 지속적인 응집 및 채우기를 유발합니다. 박막 성장의 핵형성 메커니즘은 증착된 박막에 대한 연구에서 Lewis와 Anderson이 개발한 기판 표면과 타깃의 증착 원자 사이의 상호작용에 따라 크게 세 가지로 분류됩니다. Van der Merwe 또는 섬 성장 메커니즘. 이 성장은 원자와 원자 사이의 접착력이 기질과 원자 사이의 접착력보다 클 때 알 수 있습니다. 안정된 아톰의 군집이 표면에 축적되어 뭉쳐져 3차원으로 성장하여 섬을 형성하고, Volmer Weber 또는 레이어 메커니즘. 이것은 원자와 표면 사이의 접착력이 더 클 때 발생합니다. 필름은 기판 표면에 층별로 성장하며 조밀한 코팅에 사용할 수 있으며, 스트란스키-크라스 타노프(SK) 메커니즘. SK 메커니즘은 섬 메커니즘과 성장 메커니즘을 모두 결합합니다. 아담은 초기 층이 성장한 후 축적되기 시작하여 섬을 형성합니다.
