vptu (Раздаточные материалы), страница 5

Так как конденсацияпродолжается, в этих каналах будет происходить вторичное зародышеобразование, и этизародыши объединятся с областями сплошной пленки, как только они вырастут и коснутсястенок канала. В этот момент в определенных точках канала возникнут мостики, и каналыбыстро заполнятся подобно тому, как это происходит в жидкости. В конце концовбольшинство каналов исчезает, и пленка становится непрерывной, однако она содержитмного мелких, беспорядочно расположенных дырок.

Внутри этих дырок на подложкеобразуются вторичные зародыши, и они объединяются с областями непрерывной пленки (также, как капли в жидкости). Дырка содержит много вторичных зародышей, которыесрастаются друг с другом и образуют вторичные островки, а они уже достигают краев дыркии срастаются с основной пленкой, так что дырка становится чистой. В ней снова образуютсявторичные зародыши, и процесс повторяется до тех пор, пока вся дырка не заполнится.До тех пор, пока не образуется сплошная пленка, поведение конденсата остаетсяаналогичным доведению жидкости.

На стадии роста, характеризующейся образованиемканалов и дырок, вторичные зародыши (островки) объединяются с более массивнымиобластями пленки менее, чем за 0,1 с. Можно также наблюдать за процессом заполненияканала, когда поперек канала образуется мостик конденсата, и конденсирующаяся фазарастекается вдоль канала со скоростями порядка 1-300 Å/с. Оказывается, что канал при этомзаполняется не полностью и вначале двигается только очень тонкий слой, а утолщение егопроисходит за гораздо большее время.

Каналы обычно бывают очень нерегулярными, аграничные области имеют кристаллическую огранку. Ясно, что процессы срастаниязародышей с основной пленкой и быстрого исчезновения каналов аналогичны процессам,происходящим в жидкости и являются проявлением одного и того же физического эффекта,а именно, минимизации полной поверхностной энергии нарастающего материала путемликвидации областей с высокой кривизной поверхности.23Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)Образование сплошной пленкиВ процессе роста пленки, особенно при коалесценции, происходят заметные измененияориентации островков. Это особенно важно для эпитаксиального роста пленок. Общиймеханизм роста поликристаллических слоев похож на механизм роста эпитаксиальныхпленок, за исключением того, что срастающиеся островки в этом случае имеютпроизвольную относительную ориентацию, подчиняющуюся случайному законураспределения.

Обнаружено, что во время срастания происходит рекристаллизация, так чторазмер зерен в готовой пленке много больше среднего расстояния между начальнымизародышами. Это иллюстрирует серия фотографий на рис. 13, на которых показаныразличные этапы роста поликристаллической золотой пленки на угольной подложке. Длявсех четырех образцов осаждение началось одновременно; для того, чтобы менять времяосаждения от образца к образцу, использовалась движущаяся заслонка.

Существеннаярекристаллизация происходит даже, если подложка находится при комнатной температуре;при этом в каждом зерне объединяются 100 или больше первоначальных зародышей. Такимобразом, фактором, определяющим размер зерен в готовой пленке, является непервоначальная концентрация зародышей, а процесс рекристаллизации, происходящий прикоалесценции зародышей или островков.Рис.

13. Последовательные этапы роста поликристаллическойпленки золота на угольной подложке при 20° С [54].24Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)Образование дефектов в процессе ростаКогда на начальных стадиях роста пленки островки еще достаточно малы, они,являются монокристаллическими.

Однако как только островки становятся достаточнобольшими, так что они соприкасаются, в пленку вводятся границы зерен или дефектыкристаллической решетки, которые существуют до тех пор, пока не произойдеткоалесценция островков в единый кристаллит. Это последнее явление действительно частонаблюдается, даже если два первоначальных зародыша имеют совершенно разнуюориентацию.

Поэтому в поликристаллических пленках, по крайней мере, на ранних стадияхобразования пленки, непрерывно происходит процесс рекристаллизации, и в результатечисло зерен на единицу площади становятся много меньше, чем число первоначальныхзародышей. Раньше или позже, однако, когда эти зерна срастаются, в пленку вводитсябольшое число дефектов, даже если пленка монокристаллическая и выращенаэпитаксиально. В этом разделе будет изучен процесс образования некоторых дефектов впроцессе роста.Исследование дефектов, введенных в процессе роста в металлическую пленку,осажденную из паровой фазы, стало возможным в связи с использованием для изученияструктурытонкихпленокэлектронногомикроскопа.Обычноисследуютсямонокристаллические пленки, так как в них дефекты выявляются ярче, чем вполикристаллах.

Однако виды дефектов, наблюдаемых в этих пленках, и способы ихобразования, по-видимому, типичны и для любой осажденной пленки, монокристаллическойили поликристаллическом. Дефекты упаковки и границы двойникования в ярко выраженныхполикристаллических пленках, по-видимому, будут наблюдаться значительно реже, чем вмонокристаллических, а площадь, занятая границами зерен, будет много больше вполикристаллических пленках, по сравнению с монокристаллами. В этой части курсовойработы в основном будут рассматриваться поликристаллические пленки.

Тем не менее, такиедефекты могут встретиться внутри одного зерна в поликристаллической пленке.25Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)Дислокации и дефекты вычитанияДислокации являются наиболее часто встречающимися дефектами в напыленныхпленках. Плотность их обычно составляет от 1010 до 1011 см −2 . Наибольшая информация одислокациях в напыленных пленках получена при электронномикроскопическомисследовании металлических пленок с кубической гранецентрированной решеткой.В таких пленках существует пять механизмовобразования дислокаций во время роста:1.

Когда срастаютсядва островка скристаллическими решетками, слегка повернутымидруг относительно друга, образуется субграница,состоящая из дислокаций.2. Так как подложка и пленка обычно имеютразные параметры решетки, это приводит ксмещениям атомов пленки и подложки друготносительно друга, разным в разных островках.Несоответствие смещении может привести кобразованию дислокаций при срастании островков.3.

Напряжения, имеющие место в непрерывныхпленках, могут породить дислокации на краяхдырок или полостей, обычно существующих наРис. 14. Образование дислокаций вболее ранних стадиях роста пленки.результате несоответствия смещений4. Дислокации, оканчивающиеся на поверхностирешеток в трех срастающихся островках.подложки, могут продолжаться в пленку.5. Если происходит коалесценция островков,содержащих дефекты упаковки, и эти дефекты выходят на поверхность островков, то в непрерывной пленке связь между этими дефектами должна осуществляться с помощьючастичных дислокаций.Сеть дислокаций может возникнуть на границе раздела пленка - подложка для того,чтобы уменьшить механические напряжения.

На рис. 14 показано образование дислокации врезультате несоответствия смещений в трех соседних островках. Если за появлениемдислокаций во время роста пленки наблюдать в электронном микроскопе, то можнообнаружить, что до тех пор, пока пленка тонкая, все дислокации состоят из коротких линий,направленных поперек слоя металла. При больших толщинах пленок появляются болеедлинные линии дислокаций, расположенные параллельно плоскости пленки. Плотностькоротких дислокаций, измеренная в золотых и серебряных пленках, составила по порядкувеличины 1010 см −2 . Если измерять плотность дислокаций в процессе роста, окажется, чтобольшинство дислокаций вводится в пленку на тех стадиях роста, когда в пленке образуетсясеть каналов и дырки.

На рис. 15. показана зависимость плотности дислокаций от толщиныпленки золота, нанесенной при T = 300 °С на сернистый молибден. Большинство дислокацийна этой стадии роста появляется из-за несоответствия решеток пленки и подложки. Одна изхарактерных черт этого механизма состоит в том, что дислокации образуются в дыркахрастущей пленки. Как правило, даже после заполнения каналов в растущей пленке, в нейостаются очень маленькие дырки (диаметром 100-200 Å). Почти все эти дырки содержатзародыши дислокаций. Часто бывает, что в одной дырке содержится несколько зародышевыхдислокаций. С точки зрения несоответствия решеток невозможно образование более однойдислокации в каждой дырке, поэтому для объяснения последнего явления нужно привлекатьдополнительный, механизм.26Вакуумные Плазменные Технологические Устройства (ВПТУ)Рис. 15.